近日，中国农业大学动物科学技术学院孙东晓教授团队在 Journal of Animal Science and Biotechnology 在线发表题为“Pan-tissue transcriptomic profiling of dairy cattle”的研究论文。该研究基于成年荷斯坦奶牛多组织全转录组数据，系统构建了奶牛泛组织转录图谱，为解析奶牛复杂经济性状的组织基础和分子调控机制提供了重要资源。

奶牛产奶性状是由多组织、多层级分子网络共同调控的复杂性状。既往研究多聚焦乳腺、肝脏等少数关键组织，对跨组织特异转录调控特征的系统认识仍然有限。围绕这一问题，孙东晓教授团队新生成了来自2头成年荷斯坦奶牛99个组织的RNA测序数据，并整合公共数据库，最终形成覆盖184头成年荷斯坦奶牛、166个组织、598个RNA-seq数据的泛组织转录组资源。

研究显示，转录表达特征具有明显组织特异性。组织特异性基因数量从58（胰腺）到8122个（脑组织）不等，平均为1861个。其中，在乳腺鉴定到3349个组织特异性基因，包括乳合成密切相关的CSN1S1、CSN2、CSN3、CSN1S2、ACACA等，在管腔细胞中显著富集，富集于上皮细胞分化、泌乳和激素调控等过程；肝脏鉴定到1983个组织特异性基因，在肝细胞中高表达，富集于脂肪酸降解、脂质和氨基酸代谢、胆汁分泌、类固醇和胆汁酸生物合成等通路；瘤胃、网胃和瓣胃等前胃组织共同鉴定到963个组织特异性基因，主要涉及氧化磷酸化、丙酸代谢和氨基酸代谢；皱胃则富集胃酸分泌相关通路；小肠和大肠分别鉴定到2660个和2203个组织特异性基因，二者均涉及免疫相关过程，同时小肠更偏向消化吸收，大肠更偏向矿物质、脂肪消化及短链脂肪酸吸收。研究还揭示了下丘脑、垂体和生殖组织之间的协同表达关系。这些组织共同构成与生殖内分泌调控密切相关的组织表达模块，并涉及VAX1、SIX6、SIX3、HESX1、PCSK1、FSHR、ESR2、BMPR1B和BMP15等基因，为理解奶牛繁殖相关性状的组织调控基础提供了线索。

除蛋白编码基因外，该研究还系统描绘了非编码RNA、可变剪接和可变多聚腺苷酸化等转录调控层次。研究共预测并定量到9487个lncRNA；鉴定到21268个为高置信circRNA。其中，脑组织表现出丰富的组织特异性miRNA和circRNA特征。乳腺ceRNA网络分析进一步识别出110对lncRNA-miRNA、30对circRNA-miRNA和892对gene-miRNA互作关系，涉及CSN3、CSN1S1及miR-11972、miR-11994、miR-204等分子。

在转录本加工层面，研究鉴定到来自14588个基因的105859个可变剪接事件，其中互斥外显子和外显子跳跃事件占主要比例。乳腺和肝脏中的可变剪接事件与脂质代谢相关基因密切相关，包括PLIN2、ACACA、VPS13B、SCP2和ABCG2等。研究还鉴定到来自2712个基因的5749个独特可变多聚腺苷酸化事件，其中脑组织相较其他所有组织显示出更偏好使用远端位点的特征。

该研究构建了目前最全面的奶牛泛组织转录组图谱，系统呈现了成年荷斯坦奶牛多组织蛋白编码基因、非编码RNA、可变剪接和APA的表达调控特征，为奶牛经济性状遗传解析、功能基因挖掘和精准育种研究提供了基础数据资源。研究同时指出，新生成样本数量、短读长测序对全长转录本解析的限制，以及部分ceRNA和剪接预测仍需实验验证，是后续工作需要进一步完善的方向。

论文第一作者为中国农业大学动物科学技术学院博士生贺巾锋，中国农业大学动物科技学院孙东晓教授和中国农业科学院北京畜牧兽医研究所侯娅丽研究员为共同通讯作者。中国农业大学动物科学技术学院、动物生物育种国家重点实验室、农业农村部动物遗传育种与繁殖重点实验室等为主要完成单位。相关测序数据已上传至国家基因组科学数据中心项目PRJCA060419。