荷斯坦奶牛肝臟組織中與泌乳時期及繁殖力相關(guān)的基因共表達網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建

張志飛,唐雪穎,,閔 力,童 雄,陳衛(wèi)東,巨向紅,李大剛*

(1.廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院動物科學(xué)研究所 廣東省畜禽育種與營養(yǎng)研究重點實驗室,廣州 510000;2.廣東海洋大學(xué)濱海農(nóng)業(yè)學(xué)院,湛江 524000)

荷斯坦牛(Holstein,Bostaurus)是全球最重要的奶牛品種之一,據(jù)記載起源于至少2 000年前,原產(chǎn)于荷蘭北部的西弗里斯蘭省(Friesland)和北荷蘭省(North Holland),以及德國北部的荷斯坦(Holstein)地區(qū)[1]。中國在十九世紀中葉從美國引進荷斯坦牛,從20世紀50年代起有計劃開展品種培育工作,1992年經(jīng)原農(nóng)業(yè)部批準命名為“中國荷斯坦牛”[1]。荷斯坦奶牛具有產(chǎn)奶性能好、適應(yīng)性強和易于飼養(yǎng)等特點,因而被廣泛應(yīng)用于奶業(yè)生產(chǎn)[2]。荷斯坦奶牛來源的鮮奶、奶粉、酸奶等產(chǎn)品是人類飲食中優(yōu)質(zhì)蛋白的重要來源,為改善人們的健康狀況做出了重要貢獻[3]。營養(yǎng)不良、熱應(yīng)激、乳房炎、圍產(chǎn)應(yīng)激等生理應(yīng)激或環(huán)境應(yīng)激往往對奶牛的生產(chǎn)和繁殖性能造成不良影響,是目前阻礙奶牛產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展的關(guān)鍵問題[4-6]。

肝臟參與奶牛生理代謝與調(diào)控相關(guān)的眾多關(guān)鍵過程,包括葡萄糖代謝、能量穩(wěn)態(tài)、營養(yǎng)因子的轉(zhuǎn)運、免疫系統(tǒng)調(diào)節(jié)、生長發(fā)育刺激及有害毒素降解等[5]。因此,肝臟在調(diào)控不同生理時期奶牛生產(chǎn)及繁殖性能等方面起著關(guān)鍵作用[7]。在奶牛的圍產(chǎn)期,胎兒生長對營養(yǎng)物質(zhì)需求激增,但干物質(zhì)采食量受胃腸道系統(tǒng)影響顯著降低,極易發(fā)生能量負平衡(NEB)[8]。此時,肝臟中葡萄糖合成、膽固醇代謝及脂肪生產(chǎn)過程增強,同時對脂肪和氨基酸的動員增加,維持能量平衡的同時產(chǎn)生大量酮體,損傷免疫系統(tǒng),誘發(fā)產(chǎn)褥熱、酮病、胎衣不下、流產(chǎn)等代謝性疾病[9]。在奶牛的產(chǎn)奶高峰期,奶牛由于大量合成乳汁與泌乳,同樣經(jīng)歷著能量負平衡,當大量脂肪被消耗時,脂肪組織合成的瘦素水平降低,使體內(nèi)促性腺激素釋放激素分娩減少,抑制卵泡發(fā)育,引起高產(chǎn)奶牛低繁殖力問題[10]。

加權(quán)基因共表達網(wǎng)絡(luò)分析(weighted gene co-expression network analysis, WGCNA)是一種系統(tǒng)生物學(xué)方法,可用于對表達特性上高度相關(guān)的基因進行聚類(模塊),通過與樣本的性狀進行關(guān)聯(lián)分析,可用來篩選出影響或調(diào)控生理性狀的特征模塊及Hub基因,進而可結(jié)合其它生物學(xué)技術(shù)鑒定性狀標記基因或靶點基因[11-12]]。王子渲等[13]的研究利用RNA-seq和WGCNA分析,挖掘了肉雞脾臟中與熱應(yīng)激相關(guān)性狀顯著關(guān)聯(lián)的Hub基因。李曉波等[14]的研究利用WGCNA和GSEA方法鑒定了與中衛(wèi)山羊羊毛彎曲相關(guān)的Hub基因。王麗敏等[15]利用WGCNA和PPI網(wǎng)絡(luò)技術(shù)鑒定了山羊金黃色葡萄球菌型乳腺炎關(guān)鍵應(yīng)答基因。由此可見,WGCNA技術(shù)在畜禽關(guān)鍵性狀調(diào)控或標記基因的挖掘方面具有廣闊的應(yīng)用前景。

因此,本研究旨在利用WGCNA結(jié)合PPI分析技術(shù)構(gòu)建荷斯坦奶牛肝臟中與泌乳時期和繁殖能力性狀相關(guān)的基因共表達網(wǎng)絡(luò),并分析和鑒定調(diào)控網(wǎng)絡(luò)中的關(guān)鍵基因和調(diào)控因子。這將有助于我們深入了解荷斯坦奶牛生產(chǎn)和繁殖性能的調(diào)控機理,從而為改善荷斯坦奶牛的繁殖能力和產(chǎn)奶效率提供理論依據(jù)和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1 材料與方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

本試驗的數(shù)據(jù)來源于GEO數(shù)據(jù)庫(https:∥www.ncbi.nlm.nih.gov/geo/)的數(shù)據(jù)集GSE62159。該數(shù)據(jù)集共包含48頭健康荷斯坦奶牛的肝臟轉(zhuǎn)錄組測序數(shù)據(jù),按照泌乳時期劃分:妊娠末期(分娩前18 d)16頭,泌乳早期(分娩后1 d)16頭,泌乳中期(分娩后147 d)16頭;按照繁殖力(基于生產(chǎn)間隔及世代信息的育種值估計值)劃分:高繁殖力奶牛24頭,低繁殖力奶牛24頭[16]。數(shù)據(jù)集中的荷斯坦奶牛飼養(yǎng)于愛爾蘭(55°10′N 8°16′W),其系譜信息來自于愛爾蘭牛產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟(the Irish Cattle Breeding Federation,ICBF)的國家奶牛數(shù)據(jù)庫,試驗用牛的系譜記錄開始于2007年,2008年獲得首個產(chǎn)奶性能、繁殖性狀(產(chǎn)犢間隔)的育種值(EBV),測序樣品采集于2011年,其中高繁殖力組奶牛屬于產(chǎn)犢間隔(85.6 d)育種值排名前20%的家系,低繁殖力組奶牛屬于產(chǎn)犢間隔(113.8 d)育種值排名后5%的家系[16-17]。

1.2 構(gòu)建基因共表達網(wǎng)絡(luò)

使用R語言中的WGCNA包[18],根據(jù)hclust函數(shù),對樣本數(shù)據(jù)進行分析將基因表達模式類似的樣本進行聚類,并且除去離群樣本;利用pick-SoftThreshold函數(shù)選擇出合適的軟閾值;利用adjacency函數(shù)構(gòu)建拓撲重疊矩陣(TOM)并對基因進行聚類,得到共表達模塊;將共表達模塊與表型信息矩陣進行關(guān)聯(lián)分析,依據(jù)相關(guān)系數(shù)r值與P值(P<0.05 表示差異顯著)選擇與不同泌乳時期或繁殖力相關(guān)的模塊為目標模塊;選擇模塊內(nèi)連接度排名前30的基因作為Hub基因,構(gòu)建基因共表達網(wǎng)絡(luò)。

1.3 模塊的富集分析

對每個目標模塊的Hub基因使用KOBAS 3.0(http:∥kobas.cbi.pku.edu.cn/kobas3/)進行KEGG富集分析;使用DAVID網(wǎng)站(https:∥david.ncifcrf.gov)進行GO富集分析,并使用R語言將富集結(jié)果可視化。

1.4 構(gòu)建蛋白互作網(wǎng)絡(luò)和確認目標基因

對所有目標模塊中的基因使用String 11.0網(wǎng)站(http:∥string-db.org/)進行蛋白互作網(wǎng)絡(luò)(protein-protein interaction networks,PPI)的構(gòu)建。使用Cytoscape軟件根據(jù)PPI網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點的度值degree選出前30個基因作為核心基因。將模塊中的Hub基因與所得的核心基因取交集,即得到與不同泌乳時期或繁殖調(diào)控相關(guān)的關(guān)鍵基因。

2 結(jié) 果

2.1 基因共表達網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建

對48個樣本進行聚類分析,發(fā)現(xiàn)3個離群樣本,對離群樣本進行剔除后選擇45個樣本進行分析,樣本樹狀與性狀熱圖如圖1A所示。根據(jù)數(shù)據(jù)自由度和連通度分析確定最佳軟閾值數(shù)值取12,進行無尺度網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建。對模塊特征基因進行聚類,對紅線以下(高度<0.05)的模塊進行合并(圖1B),共得到14個模塊(圖1C)。對模塊特征值與表型信息值進行相關(guān)性分析,選擇與泌乳早期(EL)相關(guān)性最強tan模塊(r=0.54,P=1×10-4),與泌乳中期(ML)相關(guān)性最強greenyellow模塊(r=0.58,P=3×10-5),和與繁殖力相關(guān)性最強black模塊(r=-0.57,P=4×10-5)為目標模塊(圖1D)。

A. 樣本聚類樹圖;B.模板特征基因聚類樹;C.模塊聚類樹;D.模板-性狀相關(guān)性圖A. Sample dendrogram and trait heatmap; B. Template feature gene clustering tree; C. Gene dynamic splicing clustering tree; D. Template and phenotype association analysis

2.2 泌乳早期肝臟中相關(guān)基因的共表達網(wǎng)絡(luò)及關(guān)鍵基因分析

對tan模塊進行GS-MM相關(guān)性驗證,結(jié)果表明tan模塊中基因與泌乳早期相關(guān)性顯著(P=1.5×10-9,圖2A),模塊內(nèi)連接度排名前30的Hub基因見表1。

表1 各模塊中的hub基因

A.GS-MM分析散點圖;B. tan模塊KEGG富集分析;C. tan模塊GO富集分析;D. PPI網(wǎng)絡(luò)核心基因互作圖A. Scatter plots of GS-MM analysis; B. Tan module KEGG enrichment analysis; C. Tan module GO enrichment analysis; D. PPI network core genes interaction diagram

KEGG分析結(jié)果顯示,與tan模塊關(guān)聯(lián)的主要功能信號通路包括:內(nèi)質(zhì)網(wǎng)蛋白質(zhì)加工、代謝信號通路、N-聚糖生物合成、蛋白質(zhì)分泌、不同亞型N-聚糖生物合成、核苷酸糖生物合成、補體和凝血級聯(lián)、丙酸代謝、丙酮酸代謝、半胱氨酸和蛋氨酸代謝等(圖2B)。GO分析結(jié)果表明,與tan模塊關(guān)聯(lián)的主要生物學(xué)過程有:信號肽加工、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激的響應(yīng)、蛋白質(zhì)聚合、蛋白N連接糖基化、血小板激活、內(nèi)源性肽酶活性的負調(diào)控、纖維蛋白溶解、介導(dǎo)囊泡由內(nèi)質(zhì)網(wǎng)到高爾基體的轉(zhuǎn)運、羧酸代謝過程和急性期反應(yīng);與tan模塊關(guān)聯(lián)的主要細胞組分包括:信號肽酶復(fù)合物、低聚糖轉(zhuǎn)移酶復(fù)合物、高密度脂蛋白顆粒、纖維蛋白原復(fù)合物、細胞外隙、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔等;與tan模塊關(guān)聯(lián)的主要分子功能包括:結(jié)構(gòu)分子活性、絲氨酸型內(nèi)肽酶抑制劑活性、受體結(jié)合、蛋白質(zhì)二硫氧化還原酶活性、蛋白質(zhì)二硫異構(gòu)酶活性、L-乳酸脫氫酶活性、整合素結(jié)合、同蛋白結(jié)合、酶激活劑活性和核糖核酸內(nèi)酶活性等(圖2C)。

Tan模塊中Hub基因與PPI網(wǎng)絡(luò)分析核心基因取交集得到的關(guān)鍵基因有12個,分別為:RPN1、SEC61A1、SEC61B、SEC61G、SSR1、SSR3、STT3A、DAD1、DDOST、ERLEC1、HM13和OSTC(圖2D)。

2.3 泌乳中期與妊娠后期肝臟中相關(guān)基因的共表達網(wǎng)絡(luò)及關(guān)鍵基因分析

對greenyellow模塊進行GS-MM相關(guān)性驗證,結(jié)果表明greenyellow模塊中基因與泌乳中期相關(guān)性顯著(P=0.002 5,圖3A)。模塊內(nèi)連接度排名前30的Hub基因見表1。

A. GS-MM分析散點圖;B. Greenyellow模塊KEGG富集分析;C. Greenyellow模塊GO富集分析;D. PPI網(wǎng)絡(luò)核心基因互作圖A. Scatter plots of GS-MM analysis; B. Greenyellow module KEGG enrichment analysis; C. Greenyellow module GO enrichment analysis; D. PPI network core genes interaction diagram

KEGG分析結(jié)果顯示,與greenyellow模塊關(guān)聯(lián)的主要功能信號通路包括:病毒性心肌炎、Ⅰ型糖尿病、肺結(jié)核、弓形體病、金黃色葡萄球菌感染、類風濕性關(guān)節(jié)炎、吞噬小體、百日咳、溶酶體、白細胞跨內(nèi)皮細胞遷移、利什曼病、炎癥性腸病、人類T細胞白血病病毒Ⅰ型感染、造血細胞譜系、移植物抗宿主病、EB病毒感染、補體和凝血級聯(lián)、細胞黏附分子、抗原處理和呈遞以及同種異體移植排斥等(圖3B)。GO分析結(jié)果表明,與greenyellow模塊關(guān)聯(lián)的主要生物學(xué)過程有:細胞形狀調(diào)控、磷脂酰肌醇3-激酶信號的正向調(diào)控、血管生成的正向調(diào)控、炎癥反應(yīng)、免疫反應(yīng)、細胞遷移、通過MHC II類抗原和外源性肽抗原的呈遞、抗原加工呈遞和血管生成等;與greenyellow模塊關(guān)聯(lián)的主要細胞組分包括:受體復(fù)合體、MHCⅡ類蛋白復(fù)合體、膜筏、溶酶體、免疫突觸、粘著斑、細胞外間隙、質(zhì)膜外側(cè)、細胞表面和基底外側(cè)質(zhì)膜等;與greenyellow模塊關(guān)聯(lián)的主要分子功能包括:結(jié)構(gòu)跨膜受體蛋白酪氨酸激酶活性、受體結(jié)合、蛋白質(zhì)同二聚體活性、蛋白結(jié)合、整合素結(jié)合、肝素結(jié)合、鈣依賴蛋白結(jié)合、鈣粘蛋白結(jié)合、淀粉樣蛋白結(jié)合和肌動蛋白絲結(jié)合等(圖3C)。

Greenyellow模塊中Hub基因與PPI網(wǎng)絡(luò)分析核心基因取交集得到的關(guān)鍵基因有6個,分別為ITGAL、ITGB2、LAPTM5、PTPRC、C3AR1和CTSS(圖3D)。

2.4 繁殖力相關(guān)基因在肝臟中的共表達網(wǎng)絡(luò)及目標基因分析

對black模塊進行GS-MM相關(guān)性驗證,結(jié)果表明black模塊中基因與低繁殖力相關(guān)性顯著(P=3.8×10-21,圖4A)。模塊內(nèi)連接度排名前30的Hub基因見表1。

A. GS-MM分析散點圖;B. black模塊KEGG富集分析;C. black模塊GO富集分析;D.PPI網(wǎng)絡(luò)核心基因互作圖A. Scatter plots of GS-MM analysis; B. Black module KEGG enrichment analysis; C. Black module GO enrichment analysis; D. PPI network core genes interaction diagram

KEGG分析結(jié)果顯示,與black模塊關(guān)聯(lián)的主要功能信號通路包括:淀粉和蔗糖代謝、胰島素抵抗、粘著斑、肌動蛋白細胞骨架的調(diào)節(jié)、EGFR酪氨酸激酶抑制劑耐藥性、胰島素信號通路、癌癥中的蛋白聚糖、癌癥中的中樞碳代謝、Ⅱ型糖尿病、甲狀腺激素信號通路、黏附連接、胃癌、黑素瘤、非小細胞肺癌、mTOR信號通路、FoxO信號通路、胰高血糖素信號通路、C型凝集素受體信號通路、癌癥通路以及子宮內(nèi)膜癌等(圖4B)。GO分析結(jié)果顯示,與black模塊關(guān)聯(lián)的主要生物學(xué)過程有:蛋白質(zhì)磷酸化、蛋白去磷酸化、葡萄糖輸入的正向調(diào)節(jié)、肽基-蘇氨酸磷酸化、應(yīng)力纖維組裝負調(diào)控、Rho蛋白信號轉(zhuǎn)導(dǎo)負調(diào)控、細胞遷移的負調(diào)節(jié)、眼睛的胚胎視網(wǎng)膜形態(tài)發(fā)生、胚胎眼形態(tài)發(fā)生以及細胞對紫外線的反應(yīng);與black模塊關(guān)聯(lián)的主要細胞組分包括:受體復(fù)合體、核漿、核斑點、高爾基體、初級內(nèi)體、胞漿、細胞質(zhì)、細胞表面、細胞-細胞連接和陷窩;與black模塊關(guān)聯(lián)的主要分子功能包括:鋅離子結(jié)合、小GTPase結(jié)合、核糖核酸結(jié)合、蛋白絲氨酸/蘇氨酸激酶活性、核小體依賴性ATP酶活性、甘露糖寡糖1,2-α-甘露糖苷酶活性、胰島素受體結(jié)合、胰島素結(jié)合、水解酶活性,水解O-糖基化合物以及ATP結(jié)合(圖4C)。

Black模塊中Hub基因與PPI網(wǎng)絡(luò)分析核心基因取交集得到的關(guān)鍵基因有4個,分別為PDS5A、ROCK1、AQR、和LTN1(圖4D)。

2.5 各模塊篩選到的關(guān)鍵基因mRNA表達水平分析

對tan、greenyellow及balck模塊中篩選到的肝臟組織中與泌乳時期或繁殖力相關(guān)的關(guān)鍵基因進行表達水平分析,并繪制基因在各樣本中的表達水平熱圖(圖5),結(jié)果顯示:tan模塊中的關(guān)鍵基因在妊娠后期表達水平最高、在泌乳中期表達水平最低;Greenyellow模塊中的關(guān)鍵基因在泌乳早期表達水平較高、在泌乳中期表達水平較低;balck模塊中的基因在高繁殖力組中的表達水平高于低繁殖力組。

3 討 論

本研究通過構(gòu)建荷斯坦奶牛肝臟組織中與泌乳時期以及繁殖力相關(guān)的基因共表達網(wǎng)絡(luò),得到了肝臟中與不同泌乳時期相關(guān)的tan模塊、greenyellow模塊以及與繁殖力正相關(guān)的black模塊。且分別篩選出12、6及4個與目標性狀相關(guān)的關(guān)鍵基因。

在泌乳早期,荷斯坦奶牛的肝臟需要加強對葡萄糖、脂肪酸和氨基酸等物質(zhì)的代謝和利用,以保證能量和營養(yǎng)物質(zhì)的供應(yīng)[19]。此外,肝臟在泌乳早期還需要清除乳酸、亞硝酸和其它代謝廢物,維持內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定性[20]。蛋白質(zhì)糖基化是一種常見的蛋白質(zhì)翻譯后修飾類型,糖類物質(zhì)在糖基轉(zhuǎn)移酶催化下與蛋白質(zhì)上特定氨基酸殘基相連形成糖苷鍵[21]。與糖基分子互作的蛋白稱為糖結(jié)合蛋白(glycan-binding protein,GBP),參與調(diào)控細胞信號識別與傳遞、細胞內(nèi)吞、細胞生長、分化、凋亡等生物學(xué)過程[22]。肝臟組織發(fā)生病變時,GBP的結(jié)構(gòu)及其次級產(chǎn)物與正常肝臟組織存在顯著差異,因此能夠作為判斷特異性肝臟疾病的標志物[23]。本研究篩選出的與泌乳初期荷斯坦奶牛肝臟代謝關(guān)鍵基因中:RNP1編碼一種核糖體結(jié)合蛋白,在肝細胞中參與蛋白質(zhì)高效轉(zhuǎn)運,與細胞凋亡和應(yīng)激響應(yīng)有關(guān)[24];SEC61A1、SEC61B、SEC61 G共同編碼轉(zhuǎn)錄因子Sec61,在蛋白質(zhì)合成與轉(zhuǎn)運過程發(fā)揮重要作用[25];SSR1、SSR3編碼兩種糖蛋白,能夠與Sec61發(fā)生蛋白互作,增強內(nèi)質(zhì)網(wǎng)活性、促進蛋白質(zhì)運輸[26];SST3A、DDOST均是蛋白質(zhì)N-糖基化的催化酶基因[27];ERLC1、OSTC編碼的蛋白均是內(nèi)質(zhì)網(wǎng)糖蛋白組分,參與糖蛋白修飾、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)質(zhì)量控制等過程[28-29];HM13參與糖酵解過程,是能量代謝穩(wěn)態(tài)和氧化應(yīng)激響應(yīng)的重要標志物之一[30]。綜合發(fā)現(xiàn)認為,在泌乳初期荷斯坦奶牛肝臟中,蛋白質(zhì)合成與轉(zhuǎn)運相關(guān)代謝過程旺盛,蛋白質(zhì)糖基化這一蛋白質(zhì)翻譯后修飾類型可能是參與調(diào)控這一時期肝臟蛋白合成、能量代謝與應(yīng)激響應(yīng)等作用的關(guān)鍵生物學(xué)過程。泌乳初期肝臟糖基化相關(guān)酶及基因編碼蛋白的表達及功能研究,是潛在的泌乳初期荷斯坦奶牛代謝穩(wěn)態(tài)失衡的有效監(jiān)測標準或重要調(diào)控途徑之一。

泌乳中期與妊娠末期都是荷斯坦奶牛重要的生理時期,它們的肝臟代謝也存在許多異同點。在這兩個階段,肝臟組織均扮演著能量代謝、脂肪代謝及葡萄糖代謝的穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)者,同時也是機體免疫功能的重要參與者[31];不同點在于,奶牛在泌乳中期需要更多能量維持泌乳、同時需要調(diào)節(jié)血糖、血脂水平穩(wěn)定以支持乳汁合成,而妊娠末期則需要更多營養(yǎng)以支持胎兒生長發(fā)育、能量供應(yīng)不足時需要分解儲存的糖原供能[32]。本研究發(fā)現(xiàn),荷斯坦奶牛泌乳中期及妊娠末期與greenyellow模塊均存在顯著相關(guān),而greenyellow模塊中基因的功能主要富集在疾病相關(guān)通路,如金黃色葡萄球菌感染、機體的炎癥反應(yīng)、免疫反應(yīng)以及急性期等。本模塊中篩選到的6個關(guān)鍵基因中:ITGAL和ITGB2基因編碼整合素,能夠保護肝臟免受異常代謝或病變的損傷[33];LAPTM5編碼一種在免疫細胞中優(yōu)先表達的蛋白質(zhì),它與泛素連接酶的Nedd4家族相互作用,被鑒定為炎癥信號通路的正調(diào)節(jié)劑以及預(yù)測高血壓患者LVH的潛在生物標志物[34];PTPRC基因編碼CD45蛋白,是免疫細胞的標記基因之一[35];C3AR1和CTSS基因均與炎癥反應(yīng)和免疫系統(tǒng)功能相關(guān)[36-37]。由此推測,無論處于泌乳中期或妊娠末期,奶牛機體均處于疾病易感狀態(tài);外界環(huán)境或內(nèi)在因素誘導(dǎo)的炎癥反應(yīng)、免疫系統(tǒng)功能損傷或營養(yǎng)代謝性疾病作為威脅奶牛健康的主要原因,對奶牛肝臟功能調(diào)控造成巨大挑戰(zhàn)。

目前認為,對產(chǎn)奶性狀的高強度選擇導(dǎo)致了奶牛繁殖性能衰退,但營養(yǎng)因素、疾病和健康狀況、生殖管理等因素同樣對奶牛繁殖性能具有重要影響[38]。本研究所使用的數(shù)據(jù)集中,評判奶牛個體繁殖力高低的主要依據(jù)是經(jīng)過長期選擇、不同家系的荷斯坦奶牛產(chǎn)犢間隔性狀的估計育種值。可以看到,肝臟組織中與繁殖力相關(guān)的black模塊中基因所富集到的多數(shù)信號通路包括淀粉和蔗糖代謝、胰島素抵抗、GFR酪氨酸激酶抑制劑耐藥性、胰島素信號通路、Ⅱ型糖尿病、甲狀腺激素信號通路、黏附連接、mTOR信號通路、FoxO信號通路、胰高血糖素信號通路等,與肝臟自身發(fā)揮的主要代謝功能高度符合,表明肝臟代謝能力與荷斯坦奶牛的繁殖能力高度相關(guān),這也部分解釋了肝臟代謝旺盛會促使奶牛體內(nèi)與發(fā)情、排卵相關(guān)激素分解,進而減弱了奶牛繁殖能力的說法[39-40]。本研究通過分析篩選到的與繁殖力相關(guān)的4個關(guān)鍵基因PDS5A、ROCK1、AQR和LTN1,它們在肝臟代謝及奶牛繁殖性能的協(xié)同調(diào)控方面的功能仍待深入驗證。

4 結(jié) 論

本研究使用WGCNA、PPI、基因功能富集等生物信息學(xué)方法,鑒定得到了不同泌乳時期荷斯坦奶牛肝臟代謝的關(guān)鍵基因,其中泌乳早期12個(RPN1、SEC61A1、SEC61B、SEC61G、SSR1、SSR3、STT3A、DAD1、DDOST、ERLEC1、HM13和OSTC)、泌乳中期及妊娠后期6個(ITGAL、ITGB2、LAPTM5、PTPRC、C3AR1和CTSS),鑒定得到繁殖力相關(guān)的荷斯坦奶牛肝臟代謝關(guān)鍵基因4個(PDS5A、ROCK1、AQR和LTN1),為高繁殖力及高產(chǎn)奶牛培育方向的科研工作積累了理論資料。