牦牛(Bos grunniens)是能够在青藏高原高寒区繁衍的大型反刍家畜,对维系整个青藏高原生态系统稳定和社会发展至关重要。牦牛独特的混合型被毛结构和随季节变化的毛囊发育机制有助于耐寒怕热的牦牛适应高海拔高寒环境,牦牛的被毛由粗毛、两型毛和绒毛三种毛发纤维组成。浓密的被毛能够帮助牦牛在冬季抵御严寒,但在气温炎热的夏季却妨碍了机体散热;为了维持自身的稳态,牦牛需要在冬季通过增加被毛密度来保持体温,而到了夏季则将较厚的被毛褪去以达到散热效果,但对其随季节变化的转录动态调控机制仍然未知。本研究基于时间序列的牦牛皮肤毛囊的转录组数据和血液激素的生理数据,通过鉴定毛囊不同发育周期的差异表达基因(DEGs)和测定激素含量随季节的变化趋势,解析毛囊发育随季节变化的转录调控机制和关键调控基因,并探究激素对毛囊周期的调控作用。我们采集了牦牛毛囊发育周期五个发育时间点共计15个毛囊组织样本,并进行了转录组测序,共获得59.1GB的原始数据。通过聚类分析,我们发现五个发育时间点可以显著分为三个发育时期,分别代表生长期、退行期和休止期。这三个连续的发育时期共鉴定出2,316个DEGs,它们的表达模式可分为9类。对这些差异表达基因进行GO功能和KEGG通路富集分析,发现这三个发育时期具有不同的功能:生长期富集的差异表达基因主要与激活毛囊发育和毛囊分化相关,如SHH、WNT通路、角蛋白纤维合成通路;退行期富集的差异表达基因主要与抑制毛囊分化和促进毛囊细胞凋亡功能相关,如BMP4和Wise等;休止期富集的差异表达基因主要与抑制毛囊发育功能相关,如DKK1和BMP1等。这些结果有助于我们了解牦牛毛囊不同发育时期独特的功能特征。由于毛囊发育主要受激素调控,我们测定了每个时期血清中与毛囊发育相关的八种激素的含量。发现催乳素(PRL)、睾酮(T)、雌二醇(E2)、促甲状腺激素(TSH)、生长激素(GH)、褪黑激素(MT)这六种激素的含量随着毛囊不同发育时期呈现明显的周期性变化。其中,在抑制毛囊发育的激素中,T和E2都在生长期向退行期的转变过程中显著上升,并在退行期达到峰值;当PRL含量从峰值下降时,绒毛开始生长,PRL含量在休止期达到峰值,而后含量逐渐下降直至生长期末期;TSH对毛囊发育的影响尚无定论,我们发现TSH含量变化趋势与T一致,推测TSH可能与T激素具有相似的调控功能;在促进毛囊生长的激素中,GH含量在休止期末期和生长期显著上升;MT含量与光照时长的变化呈反比,在光照时长逐渐减少的生长期,MT含量逐渐上升。在此基础上,通过共表达网络分析探索了激素与DEGs之间的生物学相关性,鉴定出与睾酮激素高度相关的调控模块和3个枢纽基因(SLF2,BOP1和DPP8),推测与响应睾酮有关并参与调控毛囊周期。本研究中通过大规模采样和转录组测序,系统解析了牦牛毛囊发育随季节性变化的转录调控机制,鉴定出大量参与毛囊发育和调控的关键基因和通路,并揭示了激素调控毛囊发育周期的机制。本研究不但为今后深入研究牦牛毛囊发育提供了重要的遗传资源,还有助于进一步理解牦牛的高寒适应机制,并为未来开发利用牦牛毛发资源提供了重要参考。