比较转录组学和蛋白质组学分析鉴定了中国荷斯坦奶牛与乳脂性状相关的关键基因

Comparative Transcriptomic and Proteomic Analyses Identify Key Genes Associated With Milk Fat Traits in Chinese Holstein Cows

合作单位：中国农业大学动科院

研究物种：中国荷斯坦奶牛

组学：RNA-seq + TMT+PRM

期刊：Frontiers in Genetics（3.517）

实验材料及方法

1.实验材料：中国荷斯坦奶牛

 第二泌乳期（3头）---高乳脂组（HP）

 第三泌乳期（3头）---低乳脂组（LP）

2.取样部位：肝脏组织

3.实验方法：

RNA-seq测序（Illuminaplatform）

TMT蛋白组（ Q-exactive Plus Orbitrap，10PLEX TMT ）

PRM靶向蛋白定量（Q-ExactivePlus）

RT-QPCR（ABI7500  Real-Time PCR  Detection System ）

乳脂是牛奶中最重要的能量物质，对牛奶的品质和健康有重要的贡献。然而，乳脂合成的遗传机制还不完全清楚。

基于此研究背景，作者利用转录组和蛋白组学对乳脂合成的遗传基础和分子机制进行了研究。

1RNA-seq结果分析

（1）共有23,098  genes 在肝脏组织中表达；

（2）在HP和LP两组中有321  genes 是显著差异的，其中，117个上调，204个下调；

（3）通过GO、KEGG功能分析和PPI分析找到了16个DEGs与肝脏脂质代谢有关；

2蛋白组学结果分析

（1）HP VS LP分析：76个DEPs，25个上调，51个下调；

（2）通过GO和KEGG富集分析以及PPI分析从蛋白组数据中找到了5个候选基因。

3 RNA-seq与蛋白组验证结果

（1）RT-QPCR验证

 共有8个DEGs（PPARGC1A、DDIT4、 suppressor of SOCS1、SLC22A1、HNF4A,、PDGFA、syntabulin [SYBU]和 MAPK9）与RNA-seq的表达趋势一致。

（2）PRM验证

共有5个DEPs (上调: carnitine CPT2; 下调: Cytochrome [cytb、 RDH13,、CYP4A11和SLC27A2) 与TMT数据中蛋白的表达趋势一致。

4 TMT和RNA-Seq联合分析

（1）HP VS LP在log2的Pearson相关系数为0.31，表明了mRNA和蛋白质水平总体上部分正相关；

（2）只有SLC22A1和HSPA13在DEGs和DEPs中都被鉴定到。根据这些结果，我们提出转录后的调控活性有助于乳脂合成代谢。

5 DEG，DEP和动物QTLdb的联合分析

（1）通过比较QTL图谱和GWAS的染色体位置，从QTLdb中整合了DEG和牛奶生产性状的QTL，进一步了解DEGs和乳脂性状之间的关联;

（2）在DEGs和DEPs中，有199个基因区域位于QTL区域内或与QTL区域重叠。

2.通过RNA-seq和TMT分析，我们得到了转录组和蛋白质组学图谱，揭示了DEGs和DEPs之间的调控关系以及一些关键的候选调控分子（SLC22A1，MAPK9，PPARGC1A，FOXO1，SOCS1，SOCS2，CREB1，HNF4A， HNF4G，GADD45A，DUSP1，PDGF，SYBU，DDIT4，BAMBI，MTHFR，SLC27A2，PCK1，CPT2，SIRT3，CYP4A11和PLCB2）和pathways (insulin,  insulin  resistance, PI3K/Akt,  MAPK,prolactin, mTOR, and PPAR）与乳脂合成相关；

3.这些研究结果可以作为荷斯坦奶牛生产的牛奶中含有丰富的必需脂肪、蛋白质和其他营养物质的育种基础。

张志良 撰文

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