文献速读

在集约化奶牛养殖模式中，奶牛终身稳定产奶的核心前提是多轮泌乳周期内维持良好的繁殖性能。但持续泌乳与胎次增加会使奶牛不断累积代谢负荷与慢性炎症应激，造成繁殖能力下降、有效生产年限缩短。已有研究证实，免疫紊乱是诱发奶牛胎次相关繁殖衰退的重要原因，也提示适应性免疫调控是奶牛维持长期泌乳性能的关键。

基于此，本研究提出科学假设：具备优异繁殖长寿特性的奶牛可通过胎次依赖性的免疫转录组适应，维持繁殖稳态与持续产奶能力。研究以1-9胎次共131头荷斯坦奶牛为试验材料，开展传统表型与全血转录组测序分析，对17422个表达基因进行解析，鉴定出6种随胎次变化的基因表达模式，证实奶牛伴随繁殖周期更替存在系统性转录调节特征。研究共筛选得到1405个胎次关联差异基因，主要富集于免疫调控、应激响应相关的MAPK、Rap1等核心信号通路。加权基因共表达网络分析进一步筛选出与胎次、关键繁殖性状高度关联的免疫调控模块，明确了免疫适应在维持奶牛繁殖效率中的核心作用。研究对256个显著富集通路基因（校正后P<0.05）开展机器学习分析，最终筛选出PDE4C、APLN、CDH15等可表征奶牛繁殖持续性的核心候选基因。

综上，奶牛体内协同调控的免疫信号网络可有效维持繁殖稳定性，支撑其长期高产泌乳。该研究系统阐明了奶牛生产长寿的免疫分子机制，筛选获得的关键候选基因可为奶牛基因组选育、牧场精准饲养管理提供重要的理论支撑与应用素材。

图1技术路线

正文导读

一、立足产业痛点，明确研究核心科学问题

在现代集约化奶牛养殖体系中，奶牛终身持续高产奶量高度依赖多轮泌乳周期下稳定的繁殖性能。但长期持续泌乳、胎次递增会造成奶牛代谢负荷累积、慢性炎症持续激活，进而引发繁殖性能衰退、生产利用年限大幅缩短，是制约高产奶牛养殖效益的核心瓶颈。目前尚不清楚高产长寿奶牛如何通过自身分子调控机制适配长期生产应激、协同维持泌乳与繁殖双重稳态。针对这一科学问题，团队提出核心假设：具备繁殖长寿特性的奶牛可通过胎次依赖性的免疫转录组适应，实现生产应激适应性调控，从而持续维持泌乳能力与繁殖功能，并围绕该假设开展了大样本、多维度的转录组机制解析。

二、多组学联合分析，挖掘关键调控基因与通路

研究以1-9胎次131头荷斯坦奶牛为研究对象，基于全血转录组测序获得的17422个表达基因开展系统分析，鉴定出6种随胎次递进的特异性基因表达轨迹，证实奶牛随繁殖周期更替存在全局性转录表达改变。通过差异表达分析，筛选得到1405个胎次关联差异基因，功能富集结果显示这些基因主要集中在免疫调控、应激响应通路，其中MAPK、Rap1信号通路为核心调控通路，明确了免疫应答通路是介导奶牛生产适应性的关键载体。进一步通过加权基因共表达网络分析，挖掘出多个与奶牛胎次、产犊间隔、体况评分等关键繁殖性状高度关联的免疫调控模块，从网络层面证实了免疫适应机制与奶牛持续泌乳、繁殖稳态维持的内在关联。

三、机器学习赋能，锁定核心功能标记基因

为解决传统组学研究基因筛选范围宽泛、核心功能基因难以精准定位的问题，本研究引入机器学习算法，对校正P值小于0.05的256个通路富集基因进行功能优先级排序。通过算法筛选与网络验证，最终锁定PDE4C、APLN、CDH15等核心枢纽基因。上述基因在免疫与应激调控模块中处于核心连接位点，可有效表征奶牛繁殖持续性与生产适应能力，是预判奶牛繁殖寿命、泌乳稳定性的潜在新型分子标记，显著提升了功能基因筛选的精准度与可靠性。

四、阐明调控机制，赋予育种与养殖应用价值

本研究首次系统构建了奶牛“免疫适应-持续泌乳-繁殖长寿”的转录组调控网络，完整阐释了奶牛通过动态免疫适应，缓解长期泌乳产犊带来的代谢与炎症损伤、平衡泌乳性能与繁殖性能的分子机制。该成果填补了高产奶牛生产适应性免疫调控机制的研究空白，揭示了奶牛长寿高产的核心分子机理。同时，研究筛选获得的一批关键功能基因与调控模块，可为高产长寿奶牛分子育种、基因组选择、牧场精准健康养殖提供重要的理论依据与可落地的分子靶点。

作者信息

畜牧所牛羊遗传改良与健康养殖创新团队博士研究生安振江为论文的第一作者，团队沈阳阳助理研究员和南京农业大学动科学院李惠侠教授为该工作的共同通讯作者。山东省农业科学院黄金明研究员和李建斌研究员对本研究提供了重要支持。该研究得到了科技创新2030-农业生物育种重大项目课题（2023ZD0404902）、江苏省卓越博士后项目（2024ZB420）和江苏省自然科学基金（BK20251164）的资助。

论文信息

Immune-Adaptive Transcriptomic Networks Supporting Sustained Milk Production and Reproductive Longevity in Dairy Cows

Zhenjiang An, Yingying Jiang, Wenjie Li, Kunlin Chen, Qiang Ding, Jinming Huang, Jianbin Li, Huili Wang, Shuwen Xia, Huixia Li*, Yangyang Shen*

The FASEB Journal

原文链接https://faseb.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1096/fj.202600488RR

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期刊介绍

The FASEB Journal 是美国实验生物学联合会（FASEB）的旗舰期刊，专注发表生物学与生物医学领域具有突破性的多学科研究成果，涵盖从分子到群体各层次的生物组织，推动基础、转化、临床前及早期临床研究进展。期刊以严格的同行评审著称，致力于推动高质量科学发现，是生物医学领域的重要国际学术交流平台。

2025 JIF：4.3 ｜ CiteScore：5.9

https://faseb.onlinelibrary.wiley.com/journal/15306860

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