科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了高原適應(yīng)的基因組關(guān)鍵

研究溫泉蛇基因組數(shù)據(jù)的中國科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了體外動物適應(yīng)極端高海拔環(huán)境的遺傳機制。這項題為“對高溫適應(yīng)性高溫適應(yīng)的比較基因組研究”的研究于7月31日在PNAS上發(fā)表。

大多數(shù)動物對其生存環(huán)境有一定的要求，如果環(huán)境超出適當范圍，則難以存活。然而，有些物種能夠在極端條件下生存和繁殖，例如強烈的輻射或缺氧;這類物種被稱為極端環(huán)境動物。它們的長期適應(yīng)性進化使得這些動物在遺傳結(jié)構(gòu)，酶特征和代謝功能方面與其他生物不同。

什么是溫泉蛇(Thermophis)?

溫泉蛇屬于Thermophis屬，目前包括三種：溫泉蛇(Thermophis baileyi)，四川溫泉蛇(Thermophis zhaoermii)和香格里拉溫泉蛇(Thermophis Shangrila) 。這些珍稀物種在中國受到保護，生活在世界上最高的棲息地之一 - 青藏高原，海拔3500-4400米。他們主要生活在溫泉巖堆，水邊和沼澤草甸。溫泉蛇的起源和演變與青藏高原的形成密切相關(guān)。

為什么溫泉蛇?

青藏高原是世界上最高，最大的高山地區(qū)。高海拔，低生長季節(jié)溫度，強烈的太陽輻射以及與高原高海拔環(huán)境相關(guān)的其他因素對物種形成和種群演變具有強烈的選擇性影響。該地區(qū)是研究高原環(huán)境生物適應(yīng)機制的天然實驗室。

“以前的研究主要集中在恒溫動物對高原的適應(yīng)性，但是對于高溫環(huán)境適應(yīng)高原環(huán)境的遺傳機制仍然未知，”中國科學(xué)院成都生物研究所研究員李家堂說。科學(xué)和該研究的第一作者之一。

適應(yīng)極端環(huán)境的遺傳機制

該研究在Thermophis的27種蛋白質(zhì)中發(fā)現(xiàn)了27種獨特的氨基酸替代物。預(yù)計這些突變會影響三種Thermophis的功能。“它們主要與免疫，對缺氧和DNA修復(fù)的適應(yīng)性反應(yīng)等功能有關(guān)，”李說。

分子功能實驗證實，與DNA損傷修復(fù)相關(guān)的FEN1(花瓣核酸內(nèi)切酶-1)基因的突變在紫外線照射下比野生型(即低海拔物種)更穩(wěn)定。FEN1等位基因的功能測定顯示，Thermophis等位基因在紫外線輻射下比在低海拔物種中發(fā)現(xiàn)的祖先等位基因更穩(wěn)定。

溫泉蛇的EPAS1(含有內(nèi)皮PAS結(jié)構(gòu)域的蛋白-1)基因的突變削弱了其對缺氧的反應(yīng)能力。EPAS1等位基因的功能測定表明，Thermophis蛋白的反式激活活性低于低海拔形式。這是溫泉蛇適應(yīng)低氧條件的重要原因。

為響應(yīng)國家政策，近年來有更多人在高原上工作。然而，由于高海拔，高原病經(jīng)常發(fā)生。研究到了極致適應(yīng)的遺傳機制環(huán)境中的高原由homothermic動物和動物ectothermic將起到預(yù)防和治療人類高海拔疾病的關(guān)鍵作用。

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