血液是乳汁合成所需营养物质的重要来源。乳腺上皮细胞通过转运载体从血液中吸收葡萄糖、氨基酸和脂肪酸等乳成分前体物质合成乳汁,丰富的血液供应是维持奶牛乳腺物质代谢和泌乳功能正常发挥的重要保障。奶牛泌乳过程是由多个组织器官共同参与完成的,血液可以将全身分散的组织调节联系在一起,是一种可以确保组织器官之间互相交流的结缔组织,聚集了代谢和转录表达调控系统过程的分子特征。血液的生理生化指标,能够快速客观地反映奶牛机体的新陈代谢水平和生理健康状况,是奶牛饲养管理中重要的检测指标和诊断依据。因此,血液具备了更直接更全面的研究奶牛泌乳性能的潜力。本研究选用荷斯坦奶牛血液为研究对象,利用转录组学和基因组学分析方法,从高产和低产、不同泌乳阶段和罹患乳房炎等角度,全面分析奶牛血液的基因表达、SNP变异位点和共表达调控网络的特征,探索和解析奶牛血液基因表达与泌乳功能的关联,筛选影响奶牛泌乳功能的关键分子标记,以期提高奶牛泌乳潜力评估、增加饲养管理决策主动性和保障泌乳性能充分发挥等方面提供重要的科学依据。具体研究结果如下:一、通过对高产和低产奶牛全血基因表达谱的分析,筛选出100个差异表达基因,有48个定位在泌乳相关QTL区域。在这100个差异表达基因中,43个基因在高产奶牛中高表达,57个基因在低产奶牛中高表达。高产奶牛中高表达的基因显著富集到14条KEGG信号通路(P<0.05),包括Jak-STAT信号通路、亚油酸代谢通路、PPAR信号通路、Toll样受体信号通路等免疫相关信号通路,这些通路与奶牛的泌乳性能有重要关联。通过整合差异基因的功能、选择信号和共表达网络分析,筛选出24个与泌乳功能相关的候选基因,如LPL、CPT1A、OLR1、1L13RA1、FHL1、ALOX12、CYP2J2 和BoLA-DQA1 等。二、通过泌乳奶牛15个性状的基因组关联研究,共发现153个SNPs与泌乳性能及免疫应激等15个性状间存在显著关联。进一步对这些SNPs进行基因注释、QTL分析和功能分析,筛选出26个与泌乳性能相关的重要基因,如HCN1、HTR7、WNT5A、ACACB、EGFR、TNFSF11和 FAT1 等。这些基因显著富集到泌乳相关的重要信号通路,包括催乳素信号通路,胰岛素信号通路、乳腺发育信号通路、Wnt信号通路、AMPK信号通路,物质代谢通路和免疫反应等信号通路。三、通过对奶牛泌乳周期的研究中发现,奶牛在泌乳启动(干奶期vs泌乳初期)和泌乳结束(泌乳后期vs干奶期)过程存在复杂的基因表达调控。奶牛在泌乳启动过程筛选到2922个差异表达基因,在泌乳结束过程中筛选到2578个差异表达基因,而在泌乳维持阶段(泌乳初期-泌乳后期)的差异表达基因数量较少只有799个。在泌乳启动过程,显著上调的差异表基因主要参与在到物质代谢、催化活性正调控、核糖体合成、卵母细胞的减数分裂、卵母细胞成熟和囊泡运输等信号通路,这些信号通路,这些通路有助于奶牛乳汁的形成和分泌。奶牛干奶期,也是奶牛的妊娠后期,此时胎儿生长发育很快,要消耗大量营养物质,以供胎儿生长发育的需要。研究发现,在干奶期高表达的基因,主要参与到细胞分裂、核酸代谢、胚胎器官发育、神经系统的发育和代谢过程等方面,这与干奶期阶段胎儿迅速生长发育的特点相吻合。差异基因共表达网络分析揭示了不同泌乳阶段所对应的特征基因模块,这些基因模块对研究奶牛泌乳周期性变化提供了重要的基因集。其中red基因模块与泌乳初期存在高度相关,该模块基因主要参与物质代谢过程,其核心基因可能与泌乳启动的调控有密切关联。四、通过罹患乳房炎奶牛和健康泌乳奶牛的全血基因表达,筛选出20个与奶牛乳腺炎抗性研究的候选基因:GYG1、BoLA-DQA1、T5DC2、AGAP3、SPAG1、MARCH9、LIMK2、POU2F2、TLR3、WIPI1、D2HGDH、FDXR、SPPL2B、ALOX5AP、CAPN10、CCDC191、CELSR3、PRAM1、CCDC88B和PRDX5,这些基因将为奶牛乳房炎抗性基因的研究提供依据。基因共表达网络分析揭示罹患乳房炎奶牛的基因调控发生紊乱,调控关系更加复杂,且两个表达网络特有的基因参与不同的信号通路。综上,本研究应用基因组学和转录组学研究方法建立了血液基因表达与泌乳性能之间的相关性,探索了泌乳奶牛各阶段基因表达调控对泌乳性能的关联,筛选出了可能影响奶牛泌乳功能的重要基因,将为后续的功能验证工作以及增加饲养管理主动性等方面提供重要的参考。