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赛鸽具有卓越的飞行能力和导航定位能力。以往研究者对鸽子优越的飞行和定位性能进行了大量试验研究,但从转录组层面对鸽子的飞行性能的遗传因素研究较少。因此,本研究以赛鸽和观赏鸽为试验对象,通过比较二者胸肌,大脑和血液组织的转录组,揭示鸽子飞行和定位能力的分子机制。具体研究结果如下:一、通过对赛鸽和观赏鸽胸肌组织筛选获得477个差异表达基因,对这些差异表达基因进行GO注释和KEGG功能富集分析,结果显示赛鸽胸肌中高表达的基因显著富集到PPAR信号通路,脂肪酸代谢,丙酮酸代谢及糖酵解/糖异生等18个信号通路;观赏鸽胸肌中高表达基因显著富集到精氨酸和脯氨酸代谢,真核生物核糖的生物合成及心肌收缩等7条通路。通过对477个差异基因加权共表达网络及蛋白质互作网络分析,经划分得到与性状显著相关的3个(brown,yellow和blue)基因模块,其中brown和yellow模块与赛鸽胸肌显著正相关;blue模块与观赏鸽胸肌显著正相关,然后分别对这三个基因模块功能富集,结果显示brown模块显著富集到丙酮酸代谢,PPAR信号通路,脂肪酸代谢,过氧化物酶体,代谢途径和抗生素的生物合成等1 1条信号通路;yellow模块显著富集到过氧化物酶体和代谢途径2条通路;blue模块显著富集到核糖体通路。通过对赛鸽和观赏鸽胸肌转录组进行差异可变剪接和维恩分析,结果显示两组间有4535种基因存在差异可变剪接,然后根据|IncLevelDifference|＞0.05和FDR＜0.1的标准显著性分析得知,两组间共有161个基因发生显著性差异可变剪接,其中DTNA,PDLIM3和LI4S同时是赛鸽胸肌中高表达基因,P4HA2,PRKAG3和ANKHD1是观赏鸽胸肌中高表达基因。二、通过对赛鸽和观赏鸽大脑组织筛选获得167个差异表达基因,利用KOBAS在线富集网站对这些差异基因进行功能富集,结果显示共有4条通路被显著富集,分别是神经活性配体-受体相互作用,RNA聚合酶通路和核糖体和真核生物的核糖体生物发生。通过对赛鸽和观赏鸽大脑转录组进行差异可变剪接分析,结果显示两组间有7649种基因存在差异可变剪接,然后根据|IncLevelDifference|＞0.05和FDR＜0.1的标准显著性分析后得知两组间有318个基因发生显著性差异可变剪接,其中MRPS18A基因同时是赛鸽大脑组织中高表达基因且该基因通过SE和MXE两种剪接方式对鸽大脑进行调控。三、通过对牛,人,猕猴,食蟹猴,家鼠,鸽子和鸡的21个视网膜转录组分3批进行Trinity组装,对三批组装结果中7071个共有基因进行加权共表达网络分析,划分得到17个与性状显著相关的基因模块,其中blue和lightyellow模块和牛的视觉显著相关;cyan和midnightblue模块和人的视力显著相关;royalblue模块和猕猴的视力显著正相关;greenyellow,grey60和salmon模块和食蟹猴的视觉能力显著相关,brown,mangeta和red模块和鼠的视力显著相关;pink,tan和yellow模块和鸽子的视力显著正相关;black,green和purple模块和鸡的视力显著正相关,然后对显著正相关的基因模块功能富集,结果显示模块内基因主要参与物质的合成和代谢,免疫反应等方面。通过估算每个模块成员基因的MM和GS值,然后从牛,鸽子等物种的显著相关模块中筛选出Top5核心基因,最后对这7个物种视网膜的核心基因严格筛选,发现牛(RBFOX2,ATF1),人(GRB10,NBR1),鼠(CCND1),鸽子(RERE,SOD1,GPX4和CDK1)和鸡(BBS4,ACAT1)很有可能是影响相应物种视力的重要基因。四、对鸽血液中的细胞进行单细胞转录组测序分析,对原始数据过滤后得到4197个高质量的细胞。根据t-SNE聚类算法将这4197个细胞划分得到7个亚群,随后对每个细胞亚群进行GO和KEGG功能富集分析,GO分析结果显示,在细胞组分方面,细胞亚群6和7的基因显著富集到核糖体条目;细胞亚群2,1和4的基因显著富集到(病毒的)核衣壳和细胞内核糖核蛋白复合物两个条目;在分子功能方面,细胞亚群3,2,1和4显著富集到核苷酸结合条目。KEGG pathway富集结果显示富集到核糖体,氧化磷酸化,蛋白酶体,RNA运输和心肌收缩等通路。然后整合分析7个细胞亚群分别富集到的KEGG通路及通路上的基因,从多个角度推测细胞亚群6到细胞亚群4(6-7-5-3-2-1-4)可能是细胞的衰老过程。我们又对7个细胞亚群中血红蛋白基因(LOC102090851和LOC102090541)和FHT1基因分析后推测随着鸽子红细胞的衰老,细胞内的血红蛋白逐渐被降解而降解产生的铁离子经运铁蛋白送到自身的铁蛋白库中储存。通过比较鸽和鸡线粒体基因在单个红细胞的表达,得知鸽子单个红细胞中线粒体基因的表达水平明显高于鸡(约3～30倍),说明鸽子红细胞中线粒体数目多于鸡红细胞中的线粒体数目。通过对单细胞数据进一步分析发现红细胞中有SOD1,SOD2,TLR3,TLR4,IL15,IL16等免疫基因存在,说明鸽子红细胞除运氧功能外还具有免疫功能。