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(guó)科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了體外動(dòng)物適應(yīng)極端高海拔環(huán)境的遺傳機(jī)制。這項(xiàng)題為“對(duì)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(dòng)物對(duì)其生存環(huán)境有一定的要求，如果環(huán)境超出適當(dāng)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(qiáng)烈的輻射或缺氧;這類物種被稱為極端環(huán)境動(dòng)物。它們的長(zhǎng)期適應(yīng)性進(jìn)化使得這些動(dòng)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(guó)受到保護(hù)，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(zhǎng)季節(jié)溫度，強(qiáng)烈的太陽(yáng)輻射以及與高原高海拔環(huán)境相關(guān)的其他因素對(duì)物種形成和種群演變具有強(qiáng)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(jī)制的天然實(shí)驗(yàn)室。

“以前的研究主要集中在恒溫動(dòng)物對(duì)高原的適應(yīng)性，但是對(duì)于高溫環(huán)境適應(yīng)高原環(huán)境的遺傳機(jī)制仍然未知，”中國(guó)科學(xué)院成都生物研究所研究員李家堂說(shuō)。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(jī)制

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

分子功能實(shí)驗(yàn)證實(shí)，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?cè)谧贤饩€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(cè)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(duì)缺氧的反應(yīng)能力。EPAS1等位基因的功能測(cè)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(guó)家政策，近年來(lái)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(jī)制環(huán)境中的高原由homothermic動(dòng)物和動(dòng)物ectothermic將起到預(yù)防和治療人類高海拔疾病的關(guān)鍵作用。

鄭重聲明：本文版權(quán)歸原作者所有，轉(zhuǎn)載文章僅為傳播更多信息之目的，如有侵權(quán)行為，請(qǐng)第一時(shí)間聯(lián)系我們修改或刪除，多謝。

推薦內(nèi)容