奶牛金葡菌乳房炎抗性的表观遗传调控机制研究

Staphylococcus aureus (S. aureus) mastitis in dairy cows is usually in the form of subclinical infection. Major financial loses in dariy farming are caused by this infection as it is highly contagious and difficult to diagnose and cure. Epigentics is the important regulation mechanisms in the interaction among pathogen and host, but resistance mechanisms for S. aureus mastitis on epigenetic level is still not reported. Our preliminary results found that DNA methylation level on the promoter region of immune-related gene CD4 was significantly increased in the clinical mastitis group than that in healthy group in Chinese Holsteins and therefore inhibited the expression of the gene. The project first integrated the techniques and methods of epigenetics, functional genomics and cytobiology to screen the epigenetic markers and their target genes related to S. aureus mastitis resistance by comparing the genome-wide differences of DNA methylation, miRNA and transcripts among healthy, subclinical and clinical S. aureus mastitis groups in Chinese Holsteins, and to determine the regulation function of the epigenetic markers on the target genes of S. arueus mastitis resistance by functional analysis. The results of this study will partially reveal the molecular mechanism of S. aureus mastitis resistance, and provide the theory base for selecting cows resistant to mastitis via modern molecular breeding tools, as well as information on reducing incidence and influence of mastitis especially subclincial mastitis in dairy farming worldwide.

奶牛金黄色葡萄球菌乳房炎（金葡菌乳房炎）通常表现为亚临床感染，传染性强、不易诊断且难以治愈，对奶牛业造成了严重影响。表观遗传是机体与病原菌互作的重要调控机制，目前尚无奶牛金葡菌乳房炎表观遗传抗病机制的研究报道。预实验发现，与健康牛相比，中国荷斯坦临床乳房炎牛的免疫相关基因CD4启动子区的DNA甲基化水平显著增加并抑制其表达。本项目综合运用表观遗传学、功能基因组学及细胞生物学等技术手段，通过比较中国荷斯坦同群牛中的健康牛、隐性及临床金葡菌乳房炎牛在基因组水平的DNA甲基化、miRNA及基因表达差异，筛选抗金葡菌乳房炎相关的表观遗传标记并锚定靶基因，通过靶基因的功能及作用机制分析，确定表观遗传标记对靶基因的调控作用，初步探讨奶牛抗金葡菌乳房炎的分子机制，为采用标记辅助选育等现代分子育种手段选择抗病牛奠定理论基础，为降低乳房炎，尤其是隐性乳房炎对我国乃至世界奶牛业造成的损失提供参考依据。

奶牛金黄色葡萄球菌乳房炎（金葡菌乳房炎）通常表现为亚临床感染，传染性强、不易诊断且难以治愈，对奶牛业造成了严重影响。表观遗传是机体与病原菌互作的重要调控机制，研究奶牛金葡菌乳房炎表观遗传抗病机制是揭示奶牛抗金葡菌乳房炎的关键切入点。预实验发现，与健康牛相比，中国荷斯坦临床乳房炎牛的免疫相关基因CD4启动子区的DNA甲基化水平显著增加并抑制其表达。本项目综合运用表观遗传学、功能基因组学及细胞生物学等技术手段，通过比较中国荷斯坦同群牛中的健康牛、隐性及临床金葡菌乳房炎牛在基因组水平的DNA甲基化、miRNA及基因表达差异，筛选抗金葡菌乳房炎相关的表观遗传标记并锚定靶基因，通过靶基因的功能及作用机制分析，确定表观遗传标记对靶基因的调控作用。通过MeDIP-chip首次获得了金葡菌隐性乳房炎牛外周血淋巴细胞的全基因组DNA甲基化图谱，并与基因表达数据整合分析鉴定出58个差异甲基化和差异表达基因；通路分析表明这些基因参与炎症反应，ErbB信号通路，DNA错配修复等；进一步功能分析获得了三个新的DNA甲基化修饰的靶基因MST1、NRG1和NAT9，其可作为潜在的金葡菌隐性乳房炎抗性生物学标记。通过检查高和低浓度的金葡菌攻毒24小时后奶牛乳腺组织转录组和miRNA组（包括mRNA 和miRNA）的改变 ， 鉴定出194个基因和高浓度的金葡菌感染有关，这些基因主要参与了先天性免疫反应；在高浓度金葡菌感染后， bta-mir-223 和bta-mir-21-3p 的表达被显著上调了，后续的基因和蛋白网络分析表明这两个miRNA 可能通过抑制CXCL14 和KIT 来调控免疫反应。同时，转录组和QTL 数据库的联合分析确认了28奶牛金葡菌乳房炎抗性候选基因 （如CXCL14, KIT 和 SLC4A11）。这些数据系统研究和探讨了奶牛抗金葡菌乳房炎的分子机制，为采用标记辅助选育等现代分子育种手段选择抗病牛奠定理论基础，为降低乳房炎，尤其是隐性乳房炎对我国乃至世界奶牛业造成的损失提供重要的基础数据和参考依据。