编辑推荐：
在畜牧养殖中，早期营养对小牛生殖发育影响重大，但背后分子机制不明。研究人员对荷斯坦 - 弗里斯兰公牛犊开展转录组和蛋白质组研究，发现 miR - 2419 - 3p 和 C3 或有关联，C3 可能介导营养对生殖发育的影响，为相关研究提供新思路。
在动物养殖领域，小牛的早期营养对其后续的生长发育有着深远影响。提高小牛早期的营养水平，不仅能促进其生长，还能对肉质等经济性状产生积极作用。更为重要的是，早期营养的改善能够推动公牛犊的生殖发育进程，使其青春期提前到来。这一现象对于从遗传优良的年轻公牛身上采集精液意义非凡，能够有效缩短世代间隔，加速牛群的遗传改良。
然而，尽管早期营养对公牛犊生殖发育的促进作用已被知晓，但其中精确的分子调控机制却依旧是个谜。在整个调控过程中，下丘脑 - 垂体 - 睾丸（HPT）轴发挥着关键作用。其中，下丘脑的弓状核（ARC）负责整合身体的代谢状态信号，并进一步调节促性腺激素释放激素（GnRH）的分泌。但究竟是哪些基因和蛋白质在这一过程中扮演着关键角色，目前尚未明确。
为了揭开这一谜团，来自 Teagasc 动物和草原研究与创新中心等机构的研究人员展开了深入研究。他们以 30 头荷斯坦 - 弗里斯兰公牛犊为研究对象，在其 2 - 12 周龄时，分别给予高营养水平（HI）和中等营养水平（MOD）的饲养，每组各 15 头。12 周龄时，研究人员采集小牛的 ARC 组织样本，进行了全面的转录组（miRNA 测序和 mRNA 测序）和蛋白质组分析。
研究人员运用了多种关键技术方法。在样本处理方面，精心分离并保存 ARC 组织样本。对于转录组分析，先提取总 RNA，严格测定其产量和质量，再构建 cDNA 文库进行测序。之后，运用多种软件处理测序数据，确定差异表达的 miRNA 和 mRNA。在蛋白质组分析中，采用组织匀浆和酶解技术处理样本，利用质谱仪检测，借助相关软件进行数据分析123。
研究结果如下：
- 动物生长性能：HI 组小牛在 12 周龄时，平均体重比 MOD 组重 24.7kg，且 HI 组小牛的牛奶代乳品摄入量更多，平均日生长速率也更高4。
- miRNA 测序分析：研究发现只有 miR - 2419 - 3p 在 HI 和 MOD 组之间存在差异表达，且在 HI 组中呈上调状态。通过预测，发现其 mRNA 靶基因涉及胰岛素受体信号通路、脂肪生成等多个与代谢和生殖相关的重要途径5。
- mRNA 测序分析：研究共鉴定出 83 个差异表达基因，这些基因显著富集于免疫信号相关的生化途径，如凝血系统、急性期反应信号和补体系统等6。
- 蛋白质组分析：尽管在 ARC 样本中鉴定出 5569 种蛋白质，但经过多重检验校正后，未发现有显著差异表达的蛋白质。不过，补体 3（C3）等蛋白质在 mRNA 水平存在差异表达，且受到研究人员的重点关注2。
- 整合网络分析：通过共调节网络分析，发现 C3 蛋白与 70 多种其他蛋白质存在相互作用。C3 与胰岛素信号通路和 GnRH 信号通路中的关键蛋白相互关联，提示 C3 可能在介导增强的营养状态与早期生殖发育之间的关系中发挥重要作用7。
综合研究结果与讨论可知，早期营养水平的提高对下丘脑 ARC 的分子调控有着显著影响。在 HI 组小牛中，ARC 组织的发育更为提前，这与它们在早期摄入更多营养的情况相契合，也与它们通常更早出现的性发育现象一致。通过整合 miRNA 和 mRNA 的研究结果，发现 miR - 2419 - 3p 对 C3 的表达可能存在调控作用。而蛋白质组的共调节网络分析进一步表明，C3 在胰岛素和 GnRH 信号通路中存在潜在的相互作用，这意味着 C3 有可能在介导营养增强对生殖发育的影响中发挥关键作用。
这项研究成果发表在《BMC Genomics》上，它极大地拓展了人们对于小牛早期营养与生殖发育之间分子调控机制的认知。不过，目前的研究还存在一定的局限性，后续还需要在更多独立的小牛群体中开展功能实验，以进一步验证这些研究结果。但无论如何，该研究为开发和利用生物标志物提供了重要的理论基础，有望通过这些生物标志物筛选出具有青春期提前和其他优良经济性状遗传潜力的公牛，为畜牧业的发展带来新的突破。
