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在奶牛泌乳研究中，获取乳腺组织样本困难重重。研究人员开展了水牛和山羊乳脂肪球与乳腺转录组对比研究。结果发现，山羊中乳脂肪球转录本能很好反映乳腺转录本，水牛则部分反映。该研究为泌乳研究提供新方向。
在动物泌乳研究的领域中，基因表达和转录后调控就像隐藏在幕后的神秘 “导演”，掌控着泌乳性能的 “舞台表演”。然而，想要深入了解这一调控机制，却面临着巨大的阻碍。以往获取乳腺组织样本的方法，要么直接从泌乳动物身上手术采集，这种方式不仅会对动物造成伤害，引发乳腺炎等并发症，还会影响动物的生产性能，降低牛奶的产量和质量；要么从屠宰场获取，但这样又无法获取动物的遗传信息和生产数据，而且屠宰动物的乳腺组织也不能代表优良奶牛正常的泌乳调控机制。因此，寻找一种无创且能替代乳腺组织的实验材料，成为了众多科研人员梦寐以求的目标。
广西大学的研究人员勇敢地迎接了这一挑战，开展了一项关于水牛和山羊乳腺及乳脂肪球转录本特征的研究。他们的研究成果发表在《Food Chemistry: Molecular Sciences》上，为该领域带来了新的曙光。
研究人员主要运用了 RNA 测序技术、生物信息分析以及逆转录实时定量聚合酶链反应（RT-qPCR）等关键技术方法。首先，精心挑选了 6 只动物（3 头水牛和 3 只山羊），同步采集它们的乳腺样本和乳脂肪球样本。接着，通过 TRIzol 法提取样本中的总 RNA，构建 RNA 文库并进行测序。之后，利用多种生物信息学软件对测序数据进行深入分析，识别出 mRNA、lncRNA、circRNA 和 miRNA 等各类转录本，并预测它们的靶基因。最后，采用 RT-qPCR 技术对部分基因的表达水平进行验证。
下面让我们一起来看看研究的具体结果。
3.1 质量控制和常规数据
研究人员对采集的样本进行 RNA 提取和测序后，通过琼脂糖凝胶电泳验证了 RNA 样本的高完整性。水牛和山羊样本的清洁数据分别达到 9.07Gb 和 15.71Gb，Q30 值均超过 85%。在水牛的 mRNA 数据集中，共鉴定出 14,266 个基因；在山羊的 mRNA 数据集中，鉴定出 12,006 个基因。并且，通过 FPKM 分析发现，乳腺和乳脂肪球中的基因表达水平具有可比性。
3.2 水牛 mRNA 表达谱分析
在水牛样本中，发现 6431 个差异表达基因（DEGs）和 7835 个非差异表达基因（NDEGs）。与乳腺样本相比，乳脂肪球样本中有 2680 个 DEGs 上调，3751 个 DEGs 下调。KEGG 分析表明，DEGs 主要富集在 JAK-STAT 信号通路、PPAR 信号通路等；NDEGs 主要富集在 MAPK 信号通路、脂肪酸代谢等。通过蛋白质相互作用网络分析，确定了一些关键基因。随机选择部分基因进行 qPCR 验证，结果与 RNA-seq 数据一致，证明了数据的可靠性。
3.3 山羊 mRNA 表达谱分析
在山羊的转录本中，共鉴定出 12,006 个基因，其中包括 1053 个 DEGs 和 10,953 个 NDEGs。乳脂肪球样本中，230 个基因上调，823 个基因下调。KEGG 分析显示，DEGs 和 NDEGs 都富集在 PI3K-Akt 信号通路、MAPK 信号通路等。GO 聚类分析表明，两者都与细胞脂质代谢和脂质生物合成过程相关。蛋白质相互作用网络分析发现，NDEGs 中的一些基因与其他蛋白质的相互作用较高，而 DEGs 由于数量有限未绘制出网络，这表明山羊乳脂肪球中的 mRNA 与乳腺高度一致，qPCR 也验证了数据的可信度。
3.4 水牛非编码 RNA（ncRNA）分析
在水牛转录本中，鉴定出 6086 个 lncRNA 转录本，其中 2093 个差异表达。大多数与泌乳相关的 lncRNA 在乳腺和乳脂肪球之间差异表达，KEGG 和 GO 分析显示，这些 lncRNA 主要参与 GnRH 分泌、催产素信号通路等。预测出 11,631 个 circRNA 转录本，仅 618 个差异表达，多数泌乳相关 circRNA 在两者中表达无显著差异，KEGG 和 GO 分析表明，它们主要参与 PPAR 信号通路等。鉴定出 7010 个 miRNA，3545 个差异表达，多数与泌乳相关的 miRNA 在两者中表达不同，KEGG 和 GO 分析显示，它们参与多个泌乳相关通路。综合分析发现，ncRNA 的靶基因与关键泌乳性状存在多种关联。
3.5 山羊 ncRNA 分析
在山羊转录本中，鉴定出 7584 个 lncRNA 转录本，299 个差异表达，大部分 lncRNA 在乳腺和乳脂肪球中表达无显著差异，KEGG 和 GO 分析表明，它们主要富集在 PI3K-Akt 信号通路等。预测出 7040 个 circRNA 转录本，仅 118 个差异表达，多数泌乳相关 circRNA 在两者中表达无显著差异，KEGG 和 GO 分析显示，它们参与 MAPK 信号通路等。鉴定出 7184 个 miRNA，890 个差异表达，多数与泌乳相关的 miRNA 在两者中表达相似，KEGG 和 GO 分析表明，它们参与相关泌乳通路。这表明山羊多数 ncRNA 在乳腺和乳脂肪球中表达一致，ncRNA 的靶基因与泌乳性状也存在关联。
综合上述研究结果，研究人员得出结论：不同物种中，使用乳脂肪球转录本替代乳腺转录本的可行性存在差异。在山羊中，乳脂肪球是获取乳腺转录本的有效无创来源，可用于分子表达和调控分析；而在水牛中，虽然乳脂肪球转录本不能完全代表乳腺转录本，但多数泌乳相关转录本在两者中是一致的，因此乳脂肪球仍是泌乳相关研究的无创候选来源。
这项研究意义重大，它首次系统地比较了水牛和山羊乳腺与乳脂肪球的转录组，为深入了解动物泌乳的分子机制提供了重要依据。同时，明确了乳脂肪球作为无创研究材料的可行性在不同物种间的差异，为后续的动物泌乳研究指明了方向，有助于科研人员更高效地开展相关研究，推动动物泌乳领域的发展。
