《Comparative Biochemistry and Physiology Part D: Genomics and Proteomics》：Transcriptomic analysis of gene expression in the
longissimus dorsi muscle and liver of Tibetan yaks under different rearing management models in the cold season
编辑推荐：
本研究通过转录组测序分析，比较了传统放牧与不同粗精饲料比例室内饲养对牦牛肌肉和肝脏基因表达的影响，揭示了饲养模式对代谢通路及健康指标的调控机制，为高原牦牛冷季管理优化提供理论依据。
张振祥|曹全|陈彦霞|杨宇|杨晓霞|张正社|刘玉珍|吕卫东|董全民
青海大学农牧学院，中国青海省西宁市，810016
摘要
长背肌是牦牛的关键骨骼肌，对它们的生长、运动功能和肉质有显著影响。同时，牦牛的肝脏在其适应高海拔环境的过程中也发挥着重要的代谢作用。这两种组织都受到多种因素的影响，包括生活条件和管理模式。不同的饲养和管理策略可能会影响牦牛的生长和健康状况，而这些影响通常是通过调节基因表达来实现的。在本研究中，32头牦牛在寒冷季节被随机分为四组：一组进行传统的户外放牧，其余三组则被关在室内，并喂食不同粗饲料与精饲料比例的饲料（50:50、70:30和90:10）。实验结束时，从所有四组中收集了长背肌和肝脏组织进行转录组测序，以探讨不同饲养管理策略对牦牛生长和基因表达的影响。共构建了24个cDNA文库，产生了166.56 Gb的高质量数据。随后，我们在肌肉中鉴定出3598个差异表达基因（DEGs），在肝脏中鉴定出4343个差异表达基因，表明不同的饲养管理策略会调节牦牛各种组织中的基因表达。KEGG富集分析显示，肌肉中的DEGs在“MAPK信号通路”中显著富集，而肝脏组织中的DEGs在“与癌症相关的通路”中显著富集，这表明不同的饲养策略可能会影响代谢过程，并可能影响牦牛的健康结果。本研究为优化牦牛管理模型奠定了基础，对类似环境下的畜牧业系统具有广泛的意义。
引言
牦牛作为一种具有高原特征的优良遗传资源，是基因表达研究的重点对象，这有助于保护和利用宝贵的遗传资源，以及培育和改良品种（Bao等人，2020；Lan等人，2024；Zheng等人，2024）。具体而言，青海-西藏高原上的牦牛的生长和生产性能受到环境因素的显著影响（Xie等人，2025）。牦牛是西藏高原地区重要的经济牲畜物种，对藏族人民的生计至关重要。由于高海拔和寒冷季节的恶劣气候条件，牦牛的生长和生产力受到显著限制。因此，合理的饲养和管理模式对于提高牦牛的生长性能和肉质至关重要（Kang等人，2020；Ma等人，2023）。
在青海-西藏高原上，漫长的寒冷季节和恶劣的气候条件显著影响了牦牛的生产力（Liu等人，2023）。在此期间，牧草资源稀缺，牦牛常常出现能量负平衡，导致一系列生产问题，如体重下降和繁殖性能下降（Shah等人，2023）。传统的放牧管理通常无法满足牦牛冬季的营养需求，极大地限制了它们的生产力（Li等人，2023）。在寒冷季节提供补充饲料是提高牦牛性能的关键措施（Sha等人，2021）。提供精饲料、青贮饲料和其他饲料资源可以显著增加能量摄入并减轻体重下降（Xu等人，2017）。研究表明，补充饲料可以改善牦牛的平均日增重和体况，从而为春季繁殖打下坚实基础（Zhou等人，2021）。饲养策略应基于当地的饲料资源和牦牛的生理需求进行科学设计，以实现最佳的经济效益。在低温条件下，牦牛的维持能量需求增加，而饲料转化效率降低（Liang等人，2023）。因此，寒冷季节的管理应强调饲料的能量密度和蛋白质平衡，以满足牦牛在这种极端环境中的特定营养需求（Gao等人，2022）。科学的饲养管理不仅有助于维持生产力，还能增强牦牛的耐寒性和疾病抵抗力（Sha等人，2021；Yi等人，2023）。
粗饲料与精饲料的比例是反刍动物饲养管理的关键因素，通过改变饮食中粗饲料与精饲料的比例，显著影响生理和代谢过程（Ebeid等人，2020；Mizuguchi等人，2020；Alves等人，2025）。研究表明，不同粗饲料与精饲料比例的饮食可以调节反刍动物中参与营养消化、吸收和能量代谢的多个基因的表达水平（Chibisa等人，2020；Le?o等人，2020）。在羊驼和绵羊的比较研究中，高精饲料饮食（粗饲料与精饲料比例3:7）和高粗饲料饮食（粗饲料与精饲料比例7:3）引发了不同的基因表达谱（Chao等人，2021）。不同粗饲料与精饲料比例对基因表达的影响在不同反刍动物中表现出物种特异性（Yamada和Nakanishi，2012）。在相同的饮食条件下，羊驼和绵羊表现出不同的基因表达模式，这可能归因于它们消化系统的结构和功能的差异。羊驼对高精饲料饮食的适应性更好，这种反应可能与它们独特的微生物群落结构有关（Chao等人，2021）。这种物种特异性的基因表达差异为理解不同反刍动物对饮食变化的适应机制提供了重要见解（Dagaew等人，2023；Dixit等人，2023）。此外，粗饲料与精饲料比例对基因表达的影响体现在能量代谢相关通路的调节上（Waerp等人，2018；Pang等人，2022）。高精饲料饮食可能会改变瘤胃发酵模式，影响挥发性脂肪酸的产生比例，从而调节肝脏和肌肉组织中与葡萄糖和脂质代谢相关的基因表达（Xu等人，2015；Santana等人，2017）。这些基因表达的变化最终会影响生产指标，如生长性能、胴体质量和甲烷排放（Chacko Kaitholil等人，2024）。
青海-西藏高原上的牦牛在寒冷季节面临严峻的环境挑战，包括低温、缺氧和饲料短缺。传统的放牧和现代的补充饲养模式可能会在不同程度上调节牦牛在寒冷压力条件下的生理反应；然而，其背后的分子机制尚未得到充分阐明。长背肌作为一种关键的骨骼肌组织，其基因表达谱直接影响牦牛的肉质特征和耐寒性（Wang等人，2014）。同时，肝脏作为中心的代谢调节器，在能量代谢和应激反应中起着关键作用（Giovanini等人，2025）。然而，目前关于这两种组织在不同寒冷季节饲养策略下基因表达变化的研究仍然有限。本研究使用转录组测序技术来探讨不同饲养策略——具体来说，户外放牧与室内饲养以及不同粗饲料与精饲料比例——如何影响牦牛在寒冷季节的各种组织（长背肌和肝脏）中的基因表达。我们假设户外放牧会上调与寒冷适应和脂质分解相关的基因，而室内饲养并使用最佳精饲料比例则会上调与生长、能量利用和脂肪沉积相关的基因。研究结果旨在支持开发改进的饲养方法，以提高冬季的生长性能和整体牲畜产量。这项工作旨在提供见解，以改进牦牛养殖实践，并支持寒冷季节的可持续农业发展。
研究区域
实验在青海省海北郡西海镇的放牧场进行（北纬36°55′3″，东经100°56′22″，海拔3100米）。该地区具有典型的大陆高原寒冷温带季风气候，年平均降水量约为400毫米，主要集中在5月至9月。四季界限不明显；气候主要表现为寒冷季节和温暖季节。
转录组数据特征
从牦牛的长背肌（n = 12）和肝脏（n = 12）组织中生成了24个cDNA文库，过滤后得到176.4 Gb的原始数据和166.56 Gb的干净数据。每个样本的平均干净读数约为46,271,951.58（± 2.14%标准差），对齐率超过80%，样本GZ50_1的对齐率为74.97%。关键的质量指标包括Q20分数>96%，Q30分数>92%，GC含量在46%到58%之间。
室内饲养管理模式对牦牛长背肌基因表达的影响
本研究结果显示，在BJ10 vs. BJG、BJ30 vs. BJG和BJ50 vs. BJG这三组比较中共同表达的1521个DEGs中，有22个DEGs在“AMPK信号通路”中显著富集。其中，与脂肪沉积相关的基因FOXO3在放牧牦牛的长背肌中显著上调（P < 0.05）。AMPK作为一种重要的代谢调节信号通路，在调节脂肪酸代谢中起着关键作用（Steinberg，
结论
总之，本研究提供了关于牦牛在寒冷季节不同饲养和管理模式下不同基因表达模式和代谢途径的重要见解。结果表明，在寒冷季节向饮食中添加30%的高蛋白精饲料显著促进了牦牛的脂质代谢和整体健康。因此，在寒冷季节提供30%的高蛋白精饲料是促进牦牛生长的最佳策略。
CRediT作者贡献声明
张振祥：撰写 – 审稿与编辑，撰写 – 原始草稿，项目管理，方法学，资金获取，数据管理，概念化。曹全：可视化，调查，正式分析。陈彦霞：方法学，调查，正式分析。杨宇：调查。杨晓霞：调查。张正社：调查。刘玉珍：软件。吕卫东：软件。董全民：监督，资源获取，概念化。
伦理声明
当前的实验程序得到了青海畜牧兽医科学院动物实验伦理委员会的批准（中国西宁），所有技术均按照规定的协议进行。本研究符合1986年英国《动物（科学程序）法》及相关指南、欧盟2010/63/EU关于动物实验的指令，或国家研究委员会关于动物护理和使用的指南。
资助
本工作得到了国家重点研发计划 [资助编号 2021YFD1300504]的支持。
未引用的参考文献
An等人，2025
Bai, Tang, Bi和Li，2024
Cao等人，2025
C?nsolo等人，2020
Dai等人，2022
Gao等人，2020
He等人，2024
Lachmann, Clarke, Torre, Xie和Ma'ayan，2020
Niu等人，2024
Qin等人，2022
Sharma, Schwartz和Méndez，2013
Thakur，2024
Tu, Juan和Huang，2023
Wang, Cao, Shi和Li，2024a
Wang等人，2024b
Xin等人，2019
Zhang等人，2024
Zhang等人，2021
Zhang等人，2025
Zhu等人，2023
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的可能会影响本文所述工作的财务利益或个人关系。
致谢
我们感谢海北高原现代生态畜牧业科学技术实验示范园的工作人员在实验进行和样本收集方面的协助。
