随着人们对乳制品要求越来越高,我国畜牧业乳脂、乳蛋白率及奶牛单产产能较低的问题也逐渐凸显。而如何提高乳制品质量及其产量也成为目前我国泌乳研究的重点。乳腺泌乳功能的实现依赖于不同时期乳腺的良好发育。而基因作为乳腺功能表型的效应因子,深入探讨乳腺发育和泌乳过程中相关基因的调控机制并有针对性的开发干预手段,对加快乳产业发展具有重要意义。乳腺是哺乳动物实现泌乳的唯一场所,因此早期乳腺的发育状况直接决定了后期的泌乳质量,而乳腺发育的各个时期都受到基因调控。因此深入探讨乳腺发育过程中相关基因的调控机制具有重要意义。但是目前奶牛乳腺发育的在体研究面临诸多困难,大多研究还是基于小鼠模型。本课题组前期聚焦于GPR109A的相关研究,推测GPR109A对泌乳具有调控作用。因此本研究以小鼠为研究模型,通过在体敲除GPR109A的方式研究GPR109A对乳腺不同发育时期和乳品质影响及其机制。以期为人工调控泌乳功能提供潜在靶点。首先,我们构建了GPR109A敲除小鼠。观察到GPR109A敲除母鼠哺乳的幼鼠胃中的奶量明显增多。根据幼鼠体重跟踪监测,我们发现GPR109A敲除母鼠,无论是哺乳WT幼鼠还是GPR109A敲除幼鼠,其体重均明显高于WT母鼠喂养的WT幼鼠和GPR109A敲除幼鼠。这些结果表明敲除GPR109A可能影响了母鼠的产奶量或改变了母鼠的乳品质。随后,我们对泌乳期WT和GPR109A敲除母鼠的乳腺进行了转录组学研究。结果显示,共有352个差异基因,其中上调基因122个,下调基因230个。GO分析显示这些差异基因主要富集于干细胞分化和细胞增殖、蛋白质的吸收和转运以及脂类代谢的生物进程。KEGG富集分析结果表明,差异基因主要富集于PI3K-AKT-mTOR信号通路、JAK-STAT信号通路和PPAR信号通路。而这些信号通路与乳腺发育和泌乳过程密切相关。这些结果表明,GPR109A的缺失可能影响了乳腺发育及乳脂和乳蛋白的合成进程。为了进一步研究敲除GPR109A对泌乳功能的影响。我们检测了泌乳期WT和GPR109A敲除小鼠乳腺及乳汁中乳蛋白的表达量。结果显示,乳腺和乳汁中WAP、Casein和LA表达量显著升高。此外,GPR109A敲除小鼠的产奶量也明显升高。进一步研究发现,敲除GPR109A后STAT5信号通路明显被激活。随后我们对青春期、妊娠期和泌乳期的乳腺发育情况进行检测。结果显示,敲除GPR109A后,青春期、怀孕期和泌乳期小鼠乳腺导管分支和分布面积明显增加。此外,在青春期、怀孕期和泌乳期GPR109A敲除小鼠乳腺中Cyclin D1、Cyclin D3、PCNA、Cyclin E2和Cyclin A1的蛋白表达量显著升高。这些结果说明,GPR109A缺失后能显著促进乳腺发育和泌乳,而这一功能的实现和STAT5信号通路密切相关。最后,我们检测了GPR109A对乳脂球的影响。结果显示敲除GPR109A显著增加了肝脏和乳腺中脂滴的大小。GPR109A的缺失减少了内质网蛋白SRZR复合物的表达。这些内质网蛋白SRZR复合物的低表达是调控脂滴直径的主要因素。而SRZ复合物的表达主要受其成员RINT1的调控。此外,RINT1的低表达也显著增加了m MECs中脂滴的直径。然后我们又添加了GPR109A的激动剂烟酸,结果发现GPR109A能通过PI3K-AKT-mTOR信号通路调控RINT1的表达。上述结果表明,烟酸能通过激活GPR109A介导的PI3K-AKT-mTOR信号通路调控RINT1的表达,进而影响内质网复合物NRZ的形成,最终实现对脂滴大小的调控。综上所述,本研究首次报道了GPR109A对小鼠乳腺发育、乳蛋白合成及脂滴大小的调控作用。并初步阐明了GPR109A通过PI3K-AKT-mTOR信号通路及内质网复合物SRZR对乳腺发育、乳脂和乳蛋白的调控机制。同时,上述研究也为不同时期奶牛乳腺发育的调控机制研究提供了基础数据。