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牛属动物线粒体DNA多态以及与种质特性、生产性状的关联性被广泛研究,但始终缺乏科学实验依据。本研究旨在通过构建转线粒体细胞模型验证牛属动物线粒体基因效应。实验一通过构建荷斯坦奶牛、鲁西黄牛和大通牦牛胞质杂交细胞,分析线粒体能量代谢特性和线粒体生物发生相关基因、脂肪合成相关基因的表达特性,验证牛属动物线粒体基因种质特性。转线粒体细胞由荷斯坦奶牛MAC-T细胞作为细胞核供体,MAC-T细胞、鲁西黄牛和大通牦牛细胞分别作为线粒体供体,经细胞融合方法构建。通过测定线粒体基因组序列和拷贝数、细胞耗氧量以及胞外产酸能力评价各类细胞的能量代谢水平。结果发现:大通牦牛细胞和MAC-T细胞存在1037个核苷酸变异位点,鲁西黄牛细胞和MAC-T细胞有250个变异位点;大通牦牛细胞比鲁西黄牛细胞具有更高的能量代谢水平,包括:质子漏、呼吸潜力、基础糖酵解能力和糖酵解潜力;在大通牦牛胞质杂交细胞中,所有检测指标均低于鲁西黄牛胞质杂交细胞,提示牦牛线粒体与普通牛细胞核存在一定程度的互作不兼容。鲁西黄牛胞质杂交细胞在耗氧量和胞外产酸能力相关指标上高于荷斯坦奶牛胞质杂交细胞,在线粒体生物发生相关基因(PPARGC1A、TFAM、NRF1和NRF2)和脂肪合成相关基因(GPAV和ACSL1)的表达量上低于荷斯坦奶牛胞质杂交细胞,反映了其活跃的能量代谢和抗应激能力。实验二通过构建高、中和低乳脂率性状的奶牛胞质杂交细胞,分析线粒体基因组多态、线粒体能量代谢特性、转录组表达特性以及线粒体底物利用能力,解析奶牛乳脂率性状的线粒体基因效应。结果显示:高乳脂率奶牛与低乳脂率奶牛的线粒体基因组存在10个遗传变异位点,中乳脂率奶牛分别与高乳脂率和低乳脂率奶牛存在7和9个变异位点;与高乳脂率奶牛细胞相比,低乳脂率奶牛细胞耗氧量低,胞外产酸能力强;高和中乳脂率奶牛胞质杂交细胞的氧化磷酸化能力相当,低乳脂率奶牛胞质杂交细胞氧化磷酸化和底物和利用能力低。研究结果提示奶牛乳脂率性状存在线粒体基因效应;低乳脂率奶牛胞质杂交细胞的线粒体氧化磷酸化通路相关基因的上调说明细胞能量代谢能力与氧化磷酸化相关基因表达存在因果调控关联。