Abstract The gene numbers and evolutionary rates of birds were assumed to be much lower than that of mammals, which in sharp contrast to the huge species number and morphological diversity of birds. It is very necessary to construct a complete avian genome and analyze its evolution.We constructed a chicken pan-genome from 20 de novo genome assemblies with high sequencing depth, newly identified 1,335 protein-coding genes and 3,011 long noncoding RNAs. The majority of these novel genes were detected across most individuals of the examined transcriptomes but were accidentally measured in each of the DNA sequencing data regardless of Illumina or PacBio technology. Furthermore, different from previous pan-genome models, most of these novel genes were overrepresented on chromosomal sub-telomeric regions, surrounded with extremely high proportions of tandem repeats, and strongly blocked DNA sequencing. These hidden genes were proved to be shared by all chicken genomes, included many housekeeping genes, and enriched in immune pathways. Comparative genomics revealed the novel genes had three-fold elevated substitution rates than known ones, updating the evolutionary rates of birds. Our study provides a framework for constructing a better chicken genome, which will contribute towards the understanding of avian evolution and improvement of poultry breeding.

Abstract Hepatic steatosis is the initial manifestation of abnormal liver functions and often leads to liver diseases such as nonalcoholic fatty liver disease in humans and fatty liver syndrome in animals. In this study, we conducted a comprehensive analysis of a large chicken population consisting of 705 adult hens by combining host genome resequencing; liver transcriptome, proteome, and metabolome analysis; and microbial 16S ribosomal RNA gene sequencing of each gut segment. The results showed the heritability (h2 = 0.25) and duodenal microbiability (m2 = 0.26) of hepatic steatosis were relatively high, indicating a large effect of host genetics and duodenal microbiota on chicken hepatic steatosis. Individuals with hepatic steatosis had low microbiota diversity and a decreased genetic potential to process triglyceride output from hepatocytes, fatty acid β-oxidation activity, and resistance to fatty acid peroxidation. Furthermore, we revealed a molecular network linking host genomic variants (GGA6: 5.59–5.69 Mb), hepatic gene/protein expression (PEMT, phosphatidyl-ethanolamine N-methyltransferase), metabolite abundances (folate, S-adenosylmethionine, homocysteine, phosphatidyl-ethanolamine, and phosphatidylcholine), and duodenal microbes (genus Lactobacillus) to hepatic steatosis, which could provide new insights into the regulatory mechanism of fatty liver development.

Despite the convenience and noninvasiveness of fecal sampling, the fecal microbiota does not fully represent that of the gastrointestinal (GI) tract, and the efficacy of fecal sampling to accurately represent the gut microbiota in birds is poorly understood. Using chickens as a model, we collected 1,026 samples from 206 animals, including duodenum, jejunum, ileum, cecum and feces samples. Most taxa in the small intestine (94.10-94.82%) and ceca (99.57%) could be identified in feces. Microbial community membership was reflected with a gut anatomic feature, but community structure was not. Excluding shared microbes, the small intestine and ceca contributed 26.69 and 2.36% of the total fecal members, respectively. The composition of Firmicutes members in the small intestine and that of Actinobacteria, Bacteroidetes and Proteobacteria members in ceca could mirrored that observed in fecal samples well (ρ = 0.68-0.79 and 0.66-0.79, respectively, P < 0.05). Enterotype-like clustering was performed in GI tract and all sites were clustered into 2 or 3 enterotype-like clusters. Feces from different clusters reflected the GI microbiota with different efficacies, giving a new insight into observing efficacy of feces as a gut proxy. Our results provide evidences that the good potential of feces to identify most taxa in chicken guts, but microbial structure analyses using feces as a proxy for gut should be interpreted with caution.

Seminal fluid, once believed to be sterile, is now recognized as constituting a complex and dynamic environment inhabited by a diverse community of micro-organisms. However, research on the seminal microbiota in chickens is limited, and microbiota variations among different chicken breeds remain largely unexplored. In this study, we collected semen samples from Beijing You Chicken (BYC) and Tibetan Chicken (TC) and explored the characteristics of the microbiota using 16S rRNA gene sequencing. Additionally, we collected cloacal samples from the TC to control for environmental contamination. The results revealed that the microbial communities in the semen were significantly different from those in the cloaca. Firmicutes and Actinobacteriota were the predominant phyla in BYC and TC semen, respectively, with Lactobacillus and Phyllobacterium being the dominant genera in each group. Additionally, the seminal microbiota of BYC exhibited greater richness and evenness than that of TC. Principal coordinate analysis (PCoA) indicated significant intergroup differences between the seminal microbiotas of BYC and TC. Subsequently, by combining linear discriminant analysis effect size and random forest analyses, we identified Lactobacillus as the predominant microorganism in BYC semen, whereas Phyllobacterium dominated in TC semen. Furthermore, co-occurrence network analysis revealed a more intricate network in the BYC group than in the TC group. Additionally, unique microbial functional characteristics were observed in each breed, with TC exhibiting metabolic features potentially associated with their ability to adapt to high-altitude environments. The results of this study emphasized the unique microbiota present in chicken semen, which may be influenced by genetics and evolutionary history. Significant variations were observed between low-altitude and high-altitude breeds, highlighting the breed-specific implications of the seminal microbiota for reproduction and high-altitude adaptation.

Eggshell is predominantly composed of calcium carbonate, making up about 95% of its composition. Eggshell quality is closely related to the amount of calcium deposition in the shell, which requires chickens to maintain a robust state of calcium metabolism. In this study, we introduced a novel parameter, Total Eggshell Weight (TESW), which measures the total weight of eggshells produced by chickens over a period of 10 consecutive d, providing valuable information on the intensity of calcium metabolism in chickens. Genome-wide association study (GWAS) was conducted to explore the genetic determinants of eggshell calcification in a population of 570 Rhode Island Red laying hens at 90 wk of age. This study revealed a significant association between a specific SNP (rs14249431) and TESW. Additionally, using random forest modeling and 2-tailed testing, we identified 3 genera, Lactobacillus in the jejunum, Lactobacillus, and Fournierella in the cecum, that exhibited a significant association with TESW. Quantitative reverse transcription polymerase chain reaction (qRT-PCR) analysis of claudin-1 and occludin genes in individuals with low TESW and high abundance of jejunal Lactobacillus confirmed that the inhibitory effect of jejunal Lactobacillus on calcium uptake was achieved through the up-regulation of tight junctions in intestinal epithelial cells. Notably, both host and microbial factors influence TESW, displaying a mutually influential relationship between them. The microbiome-wide Genome-Wide Association Study (mb-GWAS) identified significant associations between these 3 genera and specific genomic variants, such as rs316115020 and rs316420452 on chromosome 5, rs313198529 on chromosome 11, linked to Lactobacillus in the cecum. Moreover, rs312552529 on chromosome 1 exhibited potential association with Fournierella in the cecum. This study highlights the influence of host genetics and gut microbiota on calcium deposition in eggshells during the late laying phase, providing a foundational reference for studying calcium metabolism in hens.