Abstract Host defense peptides ( HDPs ) are an important first line of defense with antimicrobial and immunomodulatory properties. Selection for increased body weight is suggested to be related to reduced immune response. We studied the relationships among body weight, age, and the HDP expression patterns in intestine and immune organs. We used chickens with marked differences of body sizes. The non-selected Daweishan mini chickens showed the highest indexes of immune organs and the lowest concentrations of the plasma immune parameters C3, C4, IgA, and IgY, while the commercial Avian broiler showed the opposite results. The Daweishan mini chickens showed the highest mRNA expressions of HDP genes in small intestine followed by the semi-selected Wuding chickens. Compared with local breeds, broiler chickens showed higher mRNA expression of HDP genes in spleen, thymus, and bursa. Body weight and HDP expression levels were negatively correlated in the intestine and positively in the immune organs. These results indicated that the HDP immune regulatory roles in small intestine acted as first line of defense in innate immunity in local breeds, and as an adaptive immunity in broiler chickens. Selection was associated with the expression profiles of HDP genes in a chicken, age, and organ-specific manner.

Abstract Accurate and low-cost next generation sequencing technologies make re-sequencing of large populations of a species possible. Although many studies related to artificial selection signatures of commercial and indigenous chickens have been carried out, quite a small number of genes have been found to be under selection. In this study, we re-sequenced 85 individuals of five indigenous chicken breeds with distinct traits from Yunnan, a southwest province of China. By analyzing these indigenous chickens together with 116 individuals of commercial chickens (broilers and layers) and 35 individuals of red jungle fowl, we find a substantially large number of selective sweeps and affected genes for each chicken breed using a rigorous statistic model than previously reported. We confirm most of previously identified selective sweeps and affected genes. Meanwhile the vast majority (∼98.3%) of our identified selective sweeps overlap known chicken quantitative trait loci. Thus, our predictions are highly reliable. For each breed, we also identify candidate genes and selective sweeps that might be related to the unique traits of the chickens.

White eared pheasant (WT), (Crossoptilon crossoptilon), inhibiting at high altitudes (3000~4,300 m), is a Galliformes bird native to the Qinghai, Sichuan, Yunnan and Tibet Province of China. Due to the difficulty of sequencing the precious species, there is no high-quality genome assembly for the species, hampering the understanding of their genetic mechanisms. To fill the gap, we sequenced and assembled a WT individual using Illumina short reads, PacBio long reads and Hi-C reads. With a contig N50 of 19.63 Mb, scaffold N50 of 29.59 Mb, total length of 1.02 Gb and BUSCO completeness of 97.2%, the assembly is highly complete. Evaluation shows that the assembly is at chromosome-level with only six gaps. Thus, our assembly provides a valuable genetic resource for the crossoptilon species. To further provide resources for gene annotation and population genetics analysis, we also sequenced transcriptomes of 20 tissues of the WT individual and re-sequenced another 10 individuals of WT. Our assembled WT genome and the sequencing data can be valuable resources to study the crossoptilon species.

Abstract Despite recent progresses, the driving force of evolution and domestication of chickens remains poorly understood. To fill this gap, we recently sequenced and assembled genomes of four distinct indigenous chickens from Yunnan, China. Unexpectedly, we found large numbers of pseudogenes which have lost their functions and are fixed in their corresponding populations, and we also found highly variable proteomes in the genomes of the four indigenous chickens as well as the sequenced wild red jungle fowl (RJF) (GRCg6a). Although the four indigenous chicken breeds are closely related to the G. g. spadiceous subspecies, for the first time, we found that the RJF (GRCg6a) is of the G. g. bankiva origin. Thus, the five chicken share the most recent common ancestor (MRCA) before subspeciation. Our results support a scenario that the MRCA of the four indigenous chickens and the RJF possessed at least 21,972 genes, of which 7,993 are dispensable. Each chicken has lost functions of thousands of the dispensable genes during their evolution and domestication via complete gene loss and pseudogenization. The occurring pattens of completely lost genes and pseudogenes segregate the chickens as their phylogenetic tree does. Therefore, loss-of-function mutations might play important roles in chicken evolution and domestication.

Abstract Oxygen pressure varies dramatically with altitudes on Earth; however, humans and animals thrive at almost all altitudes. To better understand genetic basis underlying adaptation of closely related species to varying altitudes, we annotated and compared the genome of a white eared pheasant (WT) ( Crossoptilon crossoptilon ) inhabiting high altitudes and the genome of a brown eared pheasant (BR) ( C. mantchuricum ) inhabiting low altitudes, and found that the WT genome harbors 967 more genes but 457 fewer pseudogenes than the BR genome. Moreover, we compared genetic variations in populations of WT and BR as well as of blue eared pheasants (BL) ( C. auritum ) inhabiting intermediate altitudes, and identified thousands of selective sweeps in each species. Intriguingly, the unique genes and pseudogenes in the two genomes converge on the same set of altitude adaptation-related pathways of four functional categories as genes in selective sweeps in each species. Thus, these species appear to adapt to highly varying altitudes by diverging selection on the same traits via loss-of-function mutations and fine-tuning genes in common pathways.

The quality and flavor of chicken are affected by muscle metabolites and related regulatory genes, and the molecular regulation mechanism of meat quality is different among different breeds of chicken. In this study, 40 1-day-old Daweishan mini chicken (DM) and Cobb broiler (CB) were selected from each group, with 4 replicates and 10 chickens in each replicate. The chickens were reared until 90 days of age under the same management conditions. Then, metabolomics and transcriptomics data of 90-day-old DM (n = 4) and CB (n = 4) were integrated to analyze metabolites affecting breast muscle quality and flavor, and to explore the important genes regulating meat quality and flavor related metabolites. The results showed that a total of 38 significantly different metabolites (SDMs) and 420 differentially expressed genes (DEGs) were detected in the breast muscle of the two breeds. Amino acid and lipid metabolism may be the cause of meat quality and flavor difference between DM and CB chickens, involving metabolites such as L-methionine, betaine, N6, N6, N6-Trimethyl-L-lysine, L-anserine, glutathione, glutathione disulfide, L-threonine, N-Acetyl-L-aspartic acid, succinate, choline, DOPC, SOPC, alpha-linolenic acid, L-palmitoylcarnitine, etc. Important regulatory genes with high correlation with flavor amino acids (GATM, GSTO1) and lipids (PPARG, LPL, PLIN1, SCD, ANGPTL4, FABP7, GK, B4GALT6, UGT8, PLPP4) were identified by correlation analysis, and the gene-metabolite interaction network of breast muscle mass and flavor formation in DM chicken was constructed. This study showed that there were significant differences in breast metabolites between DM and CB chickens, mainly in amino acid and lipid metabolites. These two kinds of substances may be the main reasons for the difference in breast muscle quality and flavor between the two breeds. In general, this study could provide a theoretical basis for further research on the molecular regulatory mechanism of the formation of breast muscle quality and flavor differences between DM and CB chickens, and provide a reference for the development, utilization and genetic breeding of high-quality meat chicken breeds.

Abstract Background Although multiple chicken genomes have been assembled and annotated, the number of protein-coding genes in chicken genomes is still uncertain due to the low quality of these genome assemblies and limited resources used in gene annotations. Results To fill the gap, we annotated our four recently assembled high-quality genomes of four indigenous chickens with distinct traits using a combination of RNA-seq- and homology-based approach. Our annotated genes in the four chickens recovered 51 of the 274 “missing” genes in birds in general and 36 of the 174 “missing” genes in chickens in particular. Intriguingly, based on deeply sequenced RNA-seq data collected in multiple tissues in each chicken breed, we found a total of 1,420 new protein-coding genes in the four chicken genomes, which were missed in the reference chicken genome annotations. These newly annotated genes (NAGs) tend to have high G/C contents and be located in sub-telomeric regions of almost all assembled chromosomes and some unplaced contigs. The NAGs showed tissue-specific expression and we were able to verify 39 (92.9%) of 42 randomly selected ones in various tissues of the four chicken breeds using RT-qPCR experiments. We found that most of the NAGs also are encoded in previously assembled chicken genomes. The NAGs form functional modules with homology-supported genes that are involved in many important biological pathways. We also identified numerous unique genes in each indigenous chicken genome that might be related to the unique traits of each breed. Conclusion The ubiquitous presence of the NAGs in various chicken genomes indicate that they might play critical roles in chicken physiology. Counting these new genes, chicken genomes harbor more genes than originally thought.