奶牛乳腺上皮细胞对病原体挑战的转录组响应与乳房健康基因组育种值的关联研究

本研究针对奶牛乳房炎防治难题，通过对比高低基因组育种值(UH>115 vs UH≤90)奶牛的乳腺上皮细胞(pbMECs)在E. coli刺激下的转录组差异，发现低抗性组存在更多差异表达基因(DEGs)和代谢重编程特征。研究创新性整合全基因组测序(WGS)与eQTL分析，揭示早期免疫应答基因与表型抗性的非直接关联，为基因组选择提供了重要功能学依据。

　　

乳房炎是困扰全球奶牛养殖业的头号疾病，每年造成巨大的经济损失。尽管通过基因组选择培育抗病奶牛已成为重要策略，但育种值预测准确性仍受限于对致病遗传变异的认知不足。传统全基因组关联分析(GWAS)虽鉴定出大量数量性状位点(QTL)，但多数位点的生物学机制仍不明确。芬兰自然资源研究院的Terhi Iso-Touru团队在《Geochimica et Cosmochimica Acta》发表的研究，首次将基因组育种值与体外功能实验相结合，为解析乳房炎抗性的分子机制提供了新视角。

研究采用六头北欧红牛(NRC)建立极端分组模型，其中三头具有优良乳房健康指数(UH>115)，三头为易感个体(UH≤90)。通过全基因组测序(WGS)获取基因型数据，并建立原代乳腺上皮细胞(pbMECs)体外感染模型，分别在E. coli刺激后3小时和24小时采集样本。运用RNA-seq技术进行转录组分析，结合差异表达基因(DEGs)筛选、GO/KEGG富集分析和非参数化eQTL定位等方法系统解析遗传背景与免疫应答的关系。

"3.2 差异基因表达分析"显示，低抗性组(UH≤90)的DEGs数量显著多于高抗性组(1606 vs 724)，且24小时时点出现28%基因下调，提示其存在独特的代谢调控模式。关键免疫基因如CXCL8、LTF和BOLA-DRB3等在两组均被激活，但高抗性组更早出现适应性免疫相关通路富集。

"3.4 DEGs基因组富集区域"发现BTA6染色体84-93Mb区域在两组3小时时点均显著富集DEGs，该区域包含著名的GC基因。有趣的是，"3.5 eQTL分析"揭示该区域存在组别特异的顺式eQTL：高抗性组影响反义链基因ENSBTAG00000066835，而低抗性组调控GC基因表达，暗示多组织协同的抗病机制。

"4.3 BTA23区域"的深入分析显示，MHC II类基因(BOLA-DRB3等)和染色质调控基因(DAXX等)在低抗性组显著上调，提示遗传背景可能通过表观遗传修饰影响免疫应答强度。值得注意的是，所有GWAS候选位点均未与DEGs或eQTL重叠，说明乳腺上皮早期应答可能不是表型抗性的决定性因素。

这项研究的重要价值在于建立了基因组育种值与细胞水平功能响应的关联框架。发现低抗性奶牛表现出更强烈的转录组重编程，可能是对先天免疫缺陷的代偿反应。虽然早期应答基因与GWAS位点无直接对应，但鉴定出的eQTL区域为深入解析多组织互作机制提供了新线索。研究采用的体外感染模型和整合分析方法，为动物抗病育种提供了可推广的研究范式，对实现精准基因组选择具有重要指导意义。