考虑到经济和环境的双重因素,发展高效农业对于建设可持续型畜牧业至关重要。剩余采食量（residual feed intake,RFI）是具有遗传性的饲料效率指标,被定义为动物是实际采食量与预期采食量之差,其反应动物个体的代谢差异,选育低RFI的家畜可以提高饲料效率,减少饲料原料消耗,增加畜牧从业者的经济收益。然而,参与饲料效率调节的相关生理机制目前尚不明确,这极大地阻碍了将RFI引入育种体系。研究表明,下丘脑是机体的摄食中枢,相关激素很有可能参与饲料效率的调节。不同RFI水平的动物体内,瘦素（leptin）和神经肽Y（NPY）含量存在显著差异。瘦素介导的JAK2/STAT3（janus kinase 2/signal transducer and activator of transcription 3）信号传导通路抑制NPY的表达,这一过程参与食欲及能量代谢的调节,并可能与饲料效率的调控相关。本试验旨在探究Leptin-NPY通路调节奶牛和SD大鼠饲料效率的相关生理机制。首先,利用表达谱芯片技术分析不同RFI水平荷斯坦奶牛血清mRNA表达差异,对差异基因进行GO功能注释和信号通路富集分析,发现胰岛素信号通路、脂肪因子信号通路、JAK/STAT信号通路,特别是其中leptin-NPY的信号传导过程,可能参与饲料效率的调节。然后,我们对不同RFI水平奶牛群体的生产性能、乳成分、采食行为、血清激素及相关代谢物含量进行测定。结果并未发现胰岛素及血糖水平组间存在差异,但NEFA、leptin和NPY组间差异显著,因此,推测leptin-NPY信号传导过程可能是调节饲料效率的主效因素。在这个试验中,我们还发现不同RFI水平奶牛在生产性能、乳蛋白调节、采食行为等方面也存在区别。接下来,我们希望深入了解下丘脑对饲料效率调节的过程,但考虑到奶牛解剖操作困难、代价昂贵,缺乏神经学试验所需的标准方法及定位图谱,因此,选用模型动物SD大鼠完成后续试验。在试验中,我们对SD大鼠进行了 RFI建模,测定其生长特性、血清NEFA及甘油三酯含量,研究leptin介导的JAK2/STAT3信号通路相关基因、蛋白在脑组织中的表达规律,分析NPY在外周血及脑组织中的表达,并探究了 NPY受体对在饲料效率调节中可能发挥的作用,发现leptin介导的JAK2/STAT3信号通路可能通过影响NPY浓度参与饲料效率调节。研究分为以下三个部分:1.不同RFI水平荷斯坦奶牛血清mRNA表达的差异性分析为了找到调节饲料效率的主效信号传导通路,我们利用表达谱芯片检测了不同RFI水平奶牛颈静脉血清mRNA表达。试验建立了奶牛RFI回归模型,当RFI>平均值+1 SD时,设为高RFI值奶牛;当RFI<平均值-1 SD时,设为低RFI值奶牛。据此原则,29头处于泌乳中期的奶牛入选,其中,高RFI组14头,低RFI组15头,采集颈静脉血,提取RNA后,分别等量混合,利用表达谱芯片检测血清mRNA表达量。结果显示,共检测到牛属基因24683个,其中857个差异基因。相较于高RFI组低RFI组奶牛血清中上调基因415个,下调基因442个。通过基因功能（GO）注释,筛选出6个目的相关条目和64个关键基因,将这些基因进行通路富集（KEGG）,发现脂肪因子信号通路、胰岛素信号通路、JAK/STAT信号通路等主要参与了饲料效率调节的过程。RT-PCR验证结果与芯片结果一致。2.不同RFI水平荷斯坦奶牛产奶性能、采食行为和血清代谢物的差异分析本试验旨在发现不同RF1生物学特性方面的差异。试验动物选择同试验一。胸围、体重、产奶性能、采食行为和血清代谢方面的差异使用MIXED模型分析,并评估RFI与奶牛体型、产奶性能和采食行为指标间的相关性。结果表明,较高RFI组,低RFI组奶牛（高饲料效率）平均每天节约1.59kg饲料干物质,但其4%标准乳产量与高RFI组保持一致。低RFI组奶料比也显著高于高RFI组。在乳成分上,低RFI组奶牛乳蛋白、总固体和非脂固形物占比高于高RFI组,而乳尿素氮浓度低于高RFI组。采食行为方面,低RFI组奶牛日均采食持续时间短于高RFI组奶牛。此外,试验未发现两组奶牛在血糖、β-羟丁酸、催乳素、胰岛素、胰岛素样生长因子1、生长激素和胃饥饿素在血清浓度上存在差异,但低RFI组中,血清神经肽Y（NPY）显著偏高,瘦素（leptin）和游离脂肪酸（NEFA）浓度则显著降低。3.下丘脑JAK2/STAT3信号通路通过调节NPY表达参与SD大鼠饲料效率调节本试验中,我们证实了 NPY在饲料效率调节中的功能,分析了下丘脑瘦素介导的JAK2/STAT3信号传导通路对NPY的抑制作用,并探究了 NPY受体与饲料效率调节的关系。建立大鼠RFI模型后,测定了 41只健康雄性SD大鼠的RFI值。13只大鼠被选中,包括6只低RFI大鼠和7只高RFI大鼠。结果显示,低RFI值大鼠平均每天节约1.63 g食物,但其生长速度与高RFI组保持一致。低RFI组大鼠血清NEFA浓度显著低于高RFI组。评估NPY功能时发现,低RFI组大鼠血清NPY浓度极显著高于高RFI组,下丘脑和大脑皮层组织中的NPY mRNA及蛋白表达水平也显著高于高RFI组,特别是在弓状核中。在对下丘脑JAK2/STAT3信号通路相关基因的分析中发现,LEP（leptin）、LEPR（leptin receptor）（P<0.05）、JAK1（P<0.05）、JAK2、STAT3（P<0.01）和SCOS3（suppressor of cytokine signaling 3）（P<0.01）的 mRNA 水平在低 RFI 组中均较低,意味着对NPY的抑制较弱。同时,低RFI组Jak2（P<0.05）、Stat3（P<0.01）和p-stat3（P<0.001）的蛋白表达也较低。此外,检测NPY受体表达后发现,NPY4R mRNA在低RFI组下丘脑和大脑皮层组织中表达升高,反之,NPY1R mRNA在高RFI组中表达升高,其中在下丘脑为极显著水平,在大脑皮层中为显著水平。蛋白表达结果与mRNA结果相一致。除此之外,NPY2R和NPY5R在低RFI动物脑组织中的蛋白水平也较高。综上所述,结论如下:1.本研究建立了奶牛RFI的回归模型,并通过表达谱芯片发现,饲料效率的调节与脂代谢密切相关,脂肪因子信号通路、胰岛素信号通路、JAK/STAT信号通路等参与这个过程。2.不同RFI水平的荷斯坦奶牛在乳蛋白合成效率、脂代谢、摄食行为等方面存在区别,包括DMI、采食持续时间、乳蛋白、乳尿素氮、血清瘦素和NPY含量在内的大量指标存在差异。3.本研究建立SD大鼠RFI动物模型,展示了下丘脑瘦素介导的JAK2/STAT3信号传导通路在参与饲料效率方面的重要作用,并且这种作用可能是通过调节NPY表达来实现的;NPY受体的分布规律可能也对这一过程有影响。