《Gene Reports》：Deiodinase gene expression profiles underlie breed-specific thyroid metabolism and heat stress resilience in cattle
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Akeem Babatunde Sikiru|Acheneje Stephen Sunday Egena|Veerasamy Sejian|Nurulfiza Binti Mat Isa尼日利亚克比联邦农业大学动物科学系分子、细胞与整合生理学实验室，邮编872101摘要热应激是热
Akeem Babatunde Sikiru|Acheneje Stephen Sunday Egena|Veerasamy Sejian|Nurulfiza Binti Mat Isa
尼日利亚克比联邦农业大学动物科学系分子、细胞与整合生理学实验室，邮编872101
摘要
热应激是热带环境中影响牛生产力的主要因素。本研究调查了与甲状腺代谢、线粒体功能、脂质代谢、生长信号传导和应激反应相关的候选基因在三种牛基因型中的表达情况，以揭示它们在自然高温条件下的特异性转录特征，并探讨这些基因与甲状腺激素代谢和热适应性的潜在关系。在三种牛品系处于高温负荷峰值（温度-湿度指数：84.30；热应激指数：44.68°C）时，对其全血进行了RNA测序分析。在分析的20个基因中，有17个基因在不同基因型间表现出显著的差异表达。ADRB3和DIO2在Kedah-Kelantan品系中的表达显著降低（P < 0.01），而ELOVL3在Kedah-Kelantan品系中的表达显著升高（Log2FC = 6.96，P < 0.001），表明它们在甲状腺-肾上腺素能-脂质轴上具有不同的转录特征。共表达网络分析确定了三个紧密共调控的模块（r > 0.9），包括脂质代谢-产热、线粒体-氧化代谢和生长-应激反应模块。脂质-产热相关基因（CIDEA、SCD、ELOVL3）之间存在强正相关（r > 0.8），而产热基因与生长调节基因（GHR、PMAIP1）之间的负相关表明热应激下存在代谢 trade-offs。功能富集分析显示，线粒体功能和脂质代谢是主要的生物学类别，其中氧化磷酸化和脂肪酸代谢是通过甲状腺-线粒体基因表达轴驱动品系热适应性的核心通路。这些发现表明，品种特异性的热适应性与其脱碘酶通路及脂质-线粒体-应激网络的协调调控有关。DIO2、ADRB3和ELOVL3等基因及其共表达模块是选育适应暖化气候的牛品种的有希望的分子靶标。
引言
甲状腺激素是调节牛代谢、生长和繁殖的关键因子，其活性由脱碘酶家族调控。这些酶（包括DIO1、DIO2和DIO3）负责将甲状腺素（T4）转化为生物活性的三碘甲状腺原氨酸（T3），从而在全身和组织水平上维持甲状腺激素的平衡（Connor等人，2005年）。最新研究表明，脱碘酶基因的遗传变异（尤其是DIO1和DIO2）与品种特异性的甲状腺激素谱型差异有关（Kostyunina等人，2023年；Mityashova等人，2023年）。因此，了解脱碘酶基因表达与热应激耐受性之间的关系有助于理解牛如何适应代谢需求和环境挑战，这可能为提高牛群的生产力和应激耐受性提供潜在的遗传标记。
脱碘酶基因并非孤立作用，它们与其他参与细胞应激反应、代谢和免疫功能的基因相互作用。例如，热休克蛋白基因在热应激期间上调，以保护细胞免受热损伤，其中一些基因的多态性与牛的热耐受性相关（Hu等人，2018年；Rehman等人，2025年）。一些参与氧化应激反应、凋亡和代谢通路的基因（如PMAIP1、CHORDC1、RTN4IP1和BTBD7）在热应激下也表现出差异表达，有助于品种特异性的适应（Garner等人，2020年；Luo等人，2022年）。此外，SCD、GHR和SOD1等候选基因也与热耐受性有关，尤其是在热带和杂交牛中（Worku等人，2023年）。
这些基因的相互作用可能有助于Kedah-Kelantan（热带、耐热）、Brangus（中间型）和Holstein Friesian（不耐热）等品种在面对恶劣环境时的代谢诱导热适应性，影响其生理和生产力反应（Naranjo-Gómez等人，2021年；Rehman等人，2025年；Worku等人，2023年）。我们在先前的比较研究中观察到耐热品种和不耐热品种在甲状腺激素代谢、血液炎症标志物和血清脂质方面的差异表达。因此，我们假设品种特异性的热适应性依赖于参与甲状腺激素代谢、线粒体功能和细胞应激反应的基因的协调调控。为了验证这一假设，我们进行了全血RNA测序分析，比较了Kedah-Kelantan、Brangus和Holstein Friesian牛在自然热应激条件下的基因表达谱，重点关注20个与甲状腺代谢、生长信号传导、应激反应、脂质代谢、线粒体功能和氧化应激相关的候选基因。
节选内容
伦理批准和实验地点
所有实验程序均经过马来西亚普特拉大学机构动物护理和使用委员会（IACUC）的审查和批准，伦理批准号为UPM/IACUC/AUP-R055/2025。实验在马来西亚雪兰莪州Serdang的普特拉大学教学和研究农场进行（纬度2°59′24″N，经度101°42′32″E，海拔68米），该地区属于湿润热带气候（K?ppen分类：Af）。该农场的气温季节性变化较小。
差异基因表达分析
在研究的20个候选基因中，有17个基因在三种牛基因型间的表达发生了变化（表1）。在Kedah-Kelantan与Brangus的比较中，两个基因（ADRB3和ELOVL3）表现出显著的差异表达（P < 0.001），变化幅度较大（Log2FC分别为-3.89和6.96）。在Kedah-Kelantan与Holstein Friesian的比较中，四个基因（ADRB3、CIDEA、DIO2和ELOVL3）也表现出显著差异表达（P < 0.001）。
讨论
本研究全面揭示了热带条件下牛品种特异性的基因表达网络，这些网络与热应激耐受性相关。转录组学数据表明，甲状腺激素代谢的遗传差异结合脂质-线粒体-应激通路，是Kedah-Kelantan本地牛具有更好热适应性的基础。这些发现有助于……
CRediT作者贡献声明
Akeem Babatunde Sikiru: 负责撰写、审稿与编辑、初稿撰写、数据可视化、方法学设计、研究实施、资金筹集、数据分析、概念框架构建。Acheneje Stephen Sunday Egena: 负责撰写、审稿与编辑、初稿撰写、数据验证、概念框架构建。Veerasamy Sejian: 负责撰写、审稿与编辑、初稿撰写、数据验证、概念框架构建。Nurulfiza Binti Mat Isa: 负责撰写、审稿与编辑、初稿撰写。
