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热应激对奶业造成威胁备受业界关注。热应激条件下奶牛常常发生死亡,影响着奶牛的身体健康。通过筛选娟珊牛细胞凋亡相关的基因,为进一步研究热应激与细胞凋亡的关系,从而对未来研究热应激下的细胞凋亡机制具有重要意义。本研究采用干奶期娟姗牛为实验动物(n=10,360±40 kg,6±0.5 year),在不同的温湿度指数(Temperature and humidity index,THI)下,测量娟珊牛的生理反应、用mRNA-seq对白细胞进行转录组测序和分析,筛选凋亡相关基因,并用Western blotting和q-PCR验证FAS通路。具体结果如下:1、2019年重庆地区七月至八月THI居高,在6:00、10:00和14:00三个时间点的干球温度、湿球温度、相对湿度和THI差异显著,娟珊牛的呼吸率(Respiration rate,RR)、出汗率(Sweating rate,SR)、直肠温度(Rectal temperature,RT)、有毛皮肤温度(Skin temperature with hair,ST(hair))和无毛皮肤温度(Skin temperature without hair,ST(no hair))差异显著(P<0.01)。2、不同THI(THI=77、THI=82、THI=88)干奶期娟珊牛白细胞的差异表达基因(Differential expression genes,DGEs)为1649个,以THI=77为对照,THI=82时白细胞中共检出1303个DEGs,其中1093个上调DEGs,201个下调DEGs;在THI=88时白细胞中共检出857个DEGs,其中579个上调DEGs,254个下调DEGs。转录组测序获得的基因中,与凋亡相关的基因有596个,具有差异表达的凋亡基因有29个,其中24个基因显著上调(包括FAS、CASP3、PARP3等),5个基因显著下调(包括FASLG等);与热休克蛋白(Heat shock protein,HSP)相关的基因有127个,5个具有差异性表达,其中4个基因显著上调(包括HSP70、CARD15、ENSBTAG00000007746和DNAJB13),1个基因显著下调(HSPB8)。3、对29个凋亡DEGs进行GO富集分析,筛选到792条GO term。GO富集主要在调节细胞凋亡过程(regulation of apoptotic process)、调节程序性细胞死亡(regulation of programmed cell death)、外在凋亡信号通路(extrinsic apoptotic signaling pathway)、通过死亡结构域受体的外在凋亡信号通路(extrinsic apoptotic signaling pathway via death domain receptors)、积极调控细胞死亡(positive regulation of cell death)和调节细胞死亡(regulation of cell death)等。4、将29个凋亡DEGs进行KEGG功能注释和富集。KEGG功能注释主要集中在细胞生长和死亡(Cell growth and death)、免疫系统(Immune system)和信号传导(Signal transduction)等功能。KEGG富集的信号通路主要包括凋亡信号通路(Apoptosis signaling pathway)、FoxO信号通路(FoxO signaling pathway)、TNF信号通路(TNF signaling pathway)、p53信号通路(p53 signaling pathway)、自然杀伤细胞介导的细胞毒性(Natural killer cell mediated cytotoxicity)、T细胞受体信号通路(T cell receptor signaling pathway)和IL-17信号通路(IL-17 signaling pathway)等信号通路。5、Western blotting和q-PCR验证筛选出凋亡DEGs和HSP70。HSP70、CASP3和PARP3随着THI的增加而增加呈显著性变化(P<0.01)。然而,FASLG随着THI的增加而显著减少(P<0.01)。FAS在THI=77到THI=82增加,之后随着THI的增加又逐渐下降。因此,热应激可以改变HSP70、FAS、FASLG、CASP和PARP3的表达量。结论:(1)RR、SR、RT、ST(hair)和ST(no hair)的生理指标随THI的增加而增加。(2)以THI=77为对照,THI=82和THI=88为实验组的上调和下调DEGs分别是1093和201,579和254。(3)热应激娟姗牛白细胞中筛选到29个凋亡DEGs,其中24个基因显著上调,5个基因显著下调;筛选到5个HSP的DEGs具有差异性表达,其中4个基因显著上调,1个基因显著下调。(4)将29个凋亡DEGs分别进行GO和KEGG富集,其中GO富集在调节细胞凋亡过程、调节程序性细胞死亡、外在凋亡信号通路、通过死亡结构域受体的外在凋亡信号通路、积极调控细胞死亡和调节细胞死亡;而KEGG功能富集在凋亡信号通路。(5)热应激影响HSP70、FAS、FASLG、CASP3和PARP3的表达。