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張亞平院士Nature子刊解析高原適應(yīng)性機制

佚名 2024-05-30 20:34:47

2016年10月05日訊 中國青藏高原是世界上海拔最高的高原

，被譽為地球的“第三極”，以低氧
、強輻射、氣溫低等著稱
。隨著人類的遷徙定居
，一批家養(yǎng)動物也在這樣惡劣的生存環(huán)境中世代繁衍
，各自形成了鮮明獨特的高原適應(yīng)特征
，為科學(xué)家解析物種對高原快速適應(yīng)進化的遺傳機制提供了豐富的素材。

高海拔適應(yīng)性的全基因組研究

，作為極端環(huán)境下生物進化的一個經(jīng)典案例，已經(jīng)受到越來越多的關(guān)注
。然而
，當(dāng)前對于高海拔適應(yīng)性遺傳機制的理解，主要是來自于染色體分析
。只有少數(shù)早期的基因組學(xué)研究關(guān)注異染色體。近期
，云南大學(xué)
、中國科學(xué)院昆明動物研究所的張亞平、于黎帶領(lǐng)的研究團隊
，對于來自藏獒（TM）和其他五個犬種群的公共基因組數(shù)據(jù)的X染色體進行了集中掃描，以尋找高海拔適應(yīng)性的遺傳標(biāo)記
，最終將一個基因--AMOT
，確定為一個靶候選基因
，為將來闡明其在低氧適應(yīng)性中的作用
，提供了基礎(chǔ)
。

在今年8月份，張亞平院士和于黎博士聯(lián)手10多家研究機構(gòu)

，成功破解了金絲猴高原適應(yīng)性的秘密，并揭示了其適應(yīng)高海拔環(huán)境的遺傳機制
，這一成果以封面文章的形式發(fā)布在國際權(quán)威期刊《Nature Genetics》
。

高海拔環(huán)境的特征是極端條件，如缺氧

、低溫和高紫外線輻射，對高海拔環(huán)境的適應(yīng)性
，一直是進化生物學(xué)研究的重要課題
。眾多可能導(dǎo)致高海拔適應(yīng)的候選基因，比如那些與缺氧相關(guān)的基因（如EPAS1
，EGLN1，PPARα和HBB已經(jīng)在人類中得以鑒定）
、與能量代謝相關(guān)的基因（如PKLR
、ENO3和DNAH9已在非人類高海拔動物中得以鑒定）、與DNA修復(fù)相關(guān)的基因（例如
，BCl3，ERCC4和ERCC6
，已經(jīng)在非人類的高原動物中得以鑒定）
，這些基因都已經(jīng)在高海拔不同時間深度的土著高地人研究中得以確定。這些研究包括人類種群（例如
，西藏人，安第斯人和埃塞俄比亞人）
、野生動物（如藏羚羊
、藏野豬、安第斯水鳥
、灰狼、地面山雀和金絲猴）和馴養(yǎng)動物（如藏獒
、藏雞和牦牛）
。

值得注意的是

，我們對于大多數(shù)的高海拔適應(yīng)性遺傳基礎(chǔ)的認(rèn)識
，是基于常染色體的選擇性掃描
，但是二倍體生物通常攜帶常染色體和異染色體。相對于常染色體
，X染色體在雄性個體中顯示出種群大小減少和半合子狀態(tài)。這些特性可以使它對人口歷史和選擇效應(yīng)更敏感
。X染色體上的選擇性掃描需要嚴(yán)格的分析設(shè)計
，以排除由真正的選擇性信號而來的人口因素引起的任何噪音。

到目前為止

，只有少數(shù)的基因組研究已經(jīng)分析了高原生物的異染色體
。有關(guān)高原適應(yīng)性的異染色體
，還沒有進行過詳細(xì)和系統(tǒng)的研究。最近對一個果蠅種群的全基因組研究顯示
，一些X連鎖的基因經(jīng)歷了陽性選擇，并且是耐缺氧的原因所在
。因此
，就高海拔適應(yīng)性的根本遺傳機制，進行X染色體的詳細(xì)研究
，具有重要的意義。這方面的知識將提高我們對于高海拔適應(yīng)性的復(fù)雜生物學(xué)特性的理解
。

近來

，藏獒（TM）的高原適應(yīng)機制，受到了廣泛的重視
，這種古老的犬種，與人類一起遷移到西藏高原（通常為4500?m）
。對常染色體單核苷酸多態(tài)性（SNPs）的評估可確定候選基因
，其相關(guān)功能標(biāo)志著高原缺氧適應(yīng)性。在《Scientific Reports》發(fā)表的這項研究中
，研究人員進行了X染色體全掃描，以探討TM的適應(yīng)策略
。通過再分析來自TM（10只）和其他五個較低海拔犬種群（50只）公開可用的基因組數(shù)據(jù)
，研究人員發(fā)現(xiàn)有五個基因表現(xiàn)出對TM種群X染色體的選擇性標(biāo)記
，它們分別是ALG13
、AMOT
、DCX、LHFPL1和TRPC5
。

在這些基因中值得注意的是血管動蛋白（AMOT）基因

，它表示調(diào)控血管生成的過程。然后
，研究人員從連續(xù)的海拔范圍（從300到4000米）采集了另外11個中國本土犬種群（共有175只）的樣本，以驗證和測試AMOT基因的單倍型頻率高原適應(yīng)性之間的關(guān)聯(lián)
。結(jié)果證實了一些最初的發(fā)現(xiàn)：AMOT基因可能是TM在高海拔生境下適應(yīng)缺氧條件的一個重要靶標(biāo)
。

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