【摘 要】
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乳房炎是奶牛养殖常见病,对奶业造成严重经济损失。由于乳房炎的发病机制复杂,防治困难,因而解析其免疫应答机制,对于寻找防治乳房炎的方法具有重要意义。加权基因共表达网络分析（Weighted Gene Co-expression Network Analysis,WGCNA）能够通过构建基因共表达网络,找出与目标性状高度相关的基因集,并确定性状的关键基因。因此,本试验采用WGCNA方法探究原代牛乳腺上
【基金项目】
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国家自然科学基金（编号:31572368）；
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乳房炎是奶牛养殖常见病,对奶业造成严重经济损失。由于乳房炎的发病机制复杂,防治困难,因而解析其免疫应答机制,对于寻找防治乳房炎的方法具有重要意义。加权基因共表达网络分析（Weighted Gene Co-expression Network Analysis,WGCNA）能够通过构建基因共表达网络,找出与目标性状高度相关的基因集,并确定性状的关键基因。因此,本试验采用WGCNA方法探究原代牛乳腺上皮细胞对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的关键应答基因的差异,以及牛乳腺上皮细胞和乳腺组织对大肠杆菌感染的关键应答基因的异同,旨在为乳房炎抗性育种和诊断防治等工作提供理论参考。本研究从GEO数据库中选取GSE25413、GSE24560、GSE15025、GSE24217和GSE94056共5个转录组数据集,从中选择金黄色葡萄球菌感染奶牛原代乳腺上皮细胞1 h、6 h和24 h的39个样本的数据,大肠杆菌感染奶牛原代乳腺上皮细胞1 h、6 h和24 h的40个样本的数据,以及大肠杆菌感染奶牛乳腺组织1 h、6 h和24 h的28个样本的数据,对于所选数据分别进行基因共表达网络的构建,划分模块,并与感染时间进行关联性分析,得到关键模块。选取模块内连接度前30的基因为hub基因,并对关键模块的基因进行蛋白互作网络（PPI）分析。随后,利用Cytoscape软件计算PPI网络内前30的核心基因,与hub基因取交集,得到在基因和蛋白层面都较为重要的目标基因。最后,对感染24 h的目标基因进行聚类分析,并对所有的关键模块进行GO和KEGG富集分析。主要结果如下:1.金黄色葡萄球菌感染奶牛原代乳腺上皮细胞24 h时,得到2个目标模块,共包括202个基因,筛选获得的目标基因以干扰素相关的基因（MX1/2、GBP4、IFITM1、IFI44L、IFI44和IFI60）和泛素化相关的基因（UBE2L6、UBA7、USP18、FBXO32、ISG15和DTX3L）为主。2.大肠杆菌感染奶牛乳腺上皮细胞24 h时,得到2个关键模块,共包含495个基因,筛选获得的目标基因功能较为分散,主要包括蛋白酶体相关基因（PSME1、PSMB8、PSMB9）,急性期蛋白（SAA3、CFB、HP）,超氧化物歧化酶2（SOD2）,吡哆醛激酶（PDXK）等基因。3.大肠杆菌感染奶牛乳腺组织24 h时,得到2个关键模块,共包含1864个基因,筛选得到6个目标基因:ITGB2、UBA6、RNFT1、ACADM、SNX4和TBC1D24。4.奶牛原代乳腺上皮细胞被金黄色葡萄球菌和大肠杆菌感染24 h相关性最强的模块的KEGG富集结果有大量相同通路,包括“NF-κB信号通路”、“Toll样受体信号通路”以及“TNF信号通路”等,而“病毒蛋白与细胞因子和细胞因子受体的相互作用”是金黄色葡萄球菌感染所特有的,“IL-17信号通路”、“蛋白酶体”等是大肠杆菌感染所特有的。5.大肠杆菌感染奶牛原代乳腺上皮细胞和奶牛乳腺组织24 h相关性最强的模块的KEGG富集结果同样有较多相同通路,包括“IL-17信号通路”、“蛋白酶体”、“NOD样受体信号通路”等,而“PPAR信号通路”、“甘油脂代谢”和“脂肪消化吸收”等是感染乳腺上皮细胞所特有的,“T细胞受体信号通路”、“B细胞受体信号通路”和“内吞作用”等是感染乳腺组织所特有的。综上所述,奶牛原代乳腺上皮细胞应对大肠杆菌感染24 h所调动的基因数量多于应对金黄色葡萄球菌感染24 h的基因数量,且所调动的基因功能不同。奶牛原代乳腺上皮细胞和乳腺组织对于大肠杆菌感染24 h的关键应答基因并不相同。
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