奶山羊乳腺泌乳期与非泌乳期翻译动态差异及sORF3917调控脂肪酸合成的机制研究

为解决奶山羊泌乳调控机制不明的问题，研究人员通过Ribo-seq和RNA-seq联合分析，揭示了泌乳期乳腺基因的翻译效率(TE)显著提升，发现uORF抑制mORF翻译的规律，并鉴定出调控脂肪酸合成的关键sORF3917，为提升奶山羊产奶性能提供新靶点。

　　

奶山羊乳制品因其独特的营养价值备受关注，但泌乳调控机制尤其是翻译水平的调控仍存在大量未知。传统研究多聚焦于转录调控，而翻译效率(TE)如何影响乳腺基因表达、能量代谢如何支撑泌乳需求等问题尚未阐明。针对这一空白，西北农林科技大学的研究团队通过多组学联合分析，首次绘制了奶山羊泌乳期与非泌乳期的翻译动态图谱，发现线粒体相关基因TE的显著变化，揭示uORF对mORF的抑制作用，并鉴定出调控脂质合成的关键微肽sORF3917。这项发表于《Journal of Dairy Science》的研究，为通过基因编辑提升奶山羊产奶性能提供了理论依据。

研究采用核糖体测序(Ribo-seq)和RNA测序(RNA-seq)技术，对泌乳期(产后120天)和非泌乳期(产后300天)的奶山羊乳腺组织进行对比分析。通过生物信息学方法预测小开放阅读框(sORF)，结合细胞实验验证其功能。

生成与表征Ribo-seq数据
通过三核苷酸周期性分析确认数据可靠性，发现泌乳期27-29 nt的核糖体保护片段占比最高，90%以上读段定位至编码区，证实数据质量适合翻译组研究。

转录与翻译协同调控泌乳
联合分析显示泌乳期转录-翻译相关性达0.9351，908个基因受双重调控。与非泌乳期相比，泌乳期基因表达呈现极化特征——高表达基因减少但翻译效率整体提升1.5倍，提示翻译调控对泌乳的关键作用。

乳腺线粒体基因TE的显著变化
69个差异TE基因中，27个上调基因富集于代谢通路，42个下调基因与细胞周期相关。线粒体基因NDUFB7等TE提升3倍，表明泌乳期能量需求驱动翻译重编程。

RNA结合蛋白(RBP)与TE关联
15个差异TE的RBP中，13个在泌乳期上调，主要参与翻译起始调控。FUS等蛋白可能通过结合mRNA特定序列，增强代谢相关基因的翻译效率。

uORF与TE相关性
可翻译的uORF使下游mORF的TE降低40%。uORF长度、GC含量、Kozak序列强度及与转录起始位点(TSS)的距离均显著影响抑制作用，其中距TSS<50 bp的uORF抑制效应最强。

乳腺sORF编码微肽的鉴定
从7,240个uORF中筛选出22个潜在可翻译sORF。位于FASN基因5′UTR的sORF3917在泌乳期表达量提升8倍，其过表达使山羊乳腺上皮细胞(GMEC)脂滴增加2倍，同时上调FASN、APGAT6等脂肪合成基因4-6倍。

讨论部分指出，该研究首次系统揭示泌乳期翻译调控的三层机制：RBP通过提升代谢基因TE满足能量需求；uORF作为"翻译刹车"精细调控基因表达；sORF3917等微肽直接参与脂质合成。特别值得注意的是，线粒体基因TE的适应性提升为"泌乳能量优先"假说提供了分子证据。研究提出的uORF编辑策略和RBP靶向调控方法，为通过基因育种提高奶产量开辟了新途径。局限性在于仅分析了两个时间点，未来需纳入干奶期等更多阶段数据。这项成果不仅为动物育种提供遗传资源，也为人类哺乳障碍研究提供了跨物种参考。