水牛在大约于3000-6000年前被人类驯化而成为家养化动物,为人类提供了优质的水牛肉、乳品和役用产品。与其他家畜相比,水牛在基因组研究和参考基因组构建上进展相对较慢。解析一个物种的遗传结构和基因组特征是非常重要的,有助于阐明物种遗传变异多样性和重要生物性状的关联,最终可用于基因组选择设计育种,加快遗传进展。高通量技术和生物信息学的快速发展可以快速解析物种的基因变异位点单核苷酸多态性（SNP）、研究基因调控规律和基因功能。这些技术提供了与细胞相互作用、功能和行为有关的广泛的全基因组数据和高覆盖率的基因组,表观基因组,转录组和蛋白质组信息。水牛的候选基因研究结合群体的遗传数据可以揭示功能性候选基因,以及这些候选基因与水牛进化历史,遗传多样性,功能元件和生产性能（包括生产,适应性和抗病性）的相互作用。因此,基于二代测序转录组分析和候选基因解析可以帮助阐明复杂性状形成的遗传基础,进而加快基于生产性状的水牛全基因组设计育种,最终为加快全球水牛种群的气候适应力,抗病能力和生产性能等遗传进展铺平道路。试验一目的是通过对沼泽水牛的24种不同组织（大脑与非大脑组织）进行转录组分析通过分析差异表达基因（DEG）来识别新的转录本及其功能注释,重点解析热休克蛋白（HSPs）、纤连蛋白Ⅲ（FN-Ⅲ）基因家族和管家基因的表达规律。我们共获得了178.57Gb转录组数据,分析其GC含量为52.77%,与参考基因组的比对率为95.36%,外显子覆盖率为88.49%。分析获得456941个SNPs位点,杂合度为25.04%。注释共获得26363个m RNA转录本,其中5574个（34.57%）为新基因,3999（55.58%）的基因表达上调,3195（44.41%）的基因表达下调。同时,鉴定了HSP基因家族的138个转录本,其中42个表达上调,14个表达下调;FN-Ⅲ蛋白基因家族的133个转录本,其中57个表达上调,42个表达下调。此外,还注释到包括24个新的转录本在内的2076个管家基因,包括199个上调和344个下调转录本,以及1533个非差异表达转录本。功能注释显示,DEGs、HSP、FN-Ⅲ结构域蛋白和管家基因与细胞代谢活性、信号转导、细胞保护、结构和结合活性有关。相关的功能途径包括肿瘤途径、PI3k-Akt信号、轴突导向、粘附、肌动蛋白骨架调节、JAK-STAT信号、基本细胞代谢、疾病调节、产热和氧化磷酸化。其次,热休克蛋白家族是保守的ATP依赖性分子,根据其分子特征（如蛋白代谢产物,多态性和折叠结构等）可以分为HSP10,HSP40,HSP70,HSP90,HSPB1,HSPD和HSPH1家族。第二章研究旨在通过分析HSP蛋白基因家族以更好的在分子水平理解这些蛋白。论文对亚洲水牛基因组中的64个HSP基因进行了理化性质、多序列比对和系统发育分析。共鉴定出4个基因属于HSP90家族,10个属于HSP70家族,39个属于HSP40家族,8个属于HSPB家族,HSPD、HSPH1和HSP10家族各有一个基因。与HSP40家族相比,HSP90和HSP70的脂溶性氨基酸含量较高,表明它们具有更高的热稳定性。亲水指数的总平均值表明HSP90、HSP70和HSP40具有亲水性。多序列比对表明存在高度保守序列,这对于保持蛋白质的结构完整性可能是有意义的。此外,进化树分析表明水牛HSPs基因与山羊的同源性更高,而与斑马鱼同源性较低。Ⅲ型纤连蛋白（FN-Ⅲ）结构域蛋白通常参与细胞的生长、迁移、分化和粘附。FNDC5/irisin调节能量代谢,并存在于肝脏、大脑和睾丸等不同组织中。论文分析了FN-Ⅲ结构域蛋白和FNDC5/irisin作为靶向性腺受体,包括雄激素（AR）、DDB1和CUL4相关因子6（DCAF6）、雌激素相关受体β（ERR-β）、雌激素相关受体γ（ERR-γ）、kruppel类因子15（KLF15）和核受体亚家族3组C成员1（NR3C1）的理化特性、进化规律。我们分析了29个在水牛基因组中广泛分布的FN-Ⅲ结构域基因的分子结构和功能。系统发育分析、基序和保守结构域模式表明,所有FN-Ⅲ结构域蛋白在进化上都具有很好的保守性,包括各种稳定到不稳定、疏水到亲水和耐热到热不稳定的蛋白质。通过比较FNDC5的结构推测了氨基酸残基的变化,但是人、水牛和黄牛的FNDC5蛋白结构相似。我们首次预测了FNDC5/irisin作为六种代表性受体（包括AR、DCAF6、ERR-β、ERR-γ、KLF15和NR3C1）配体的结合分数和界面残基,它们在水牛体内的能量平衡中起着功能作用,并可能参与调控水牛的卵泡发育和精子发生过程。综上所述,我们通过分析基因组和转录组数据可以帮助我们更好的理解不同物种的遗传特性及水牛基因表达的调控模式。本研究为水牛不同组织的差异表达基因规律及抗热应激水牛品种培育奠定了良好的工作基础。