駱駝DNA可以解決適應(yīng)氣候變化的關(guān)鍵問題

沙特和中國研究人員對駱駝基因組的分析可能有助于闡明對氣候變化的適應(yīng)性以及哮喘和糖尿病等疾病背后的機制。

該研究發(fā)表于Nature Communications，是沙特阿拉伯國王阿卜杜勒阿齊茲科技城(KACST)，北京基因組學(xué)研究所和內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)的合作項目。

研究人員對雙峰亞洲駱駝，單峰阿拉伯駱駝和其最近的親戚羊駝之一的基因組進(jìn)行了測序。他們還測序了亞洲駱駝的RNA。阿拉伯駱駝基因組是第一個在中東進(jìn)行測序的哺乳動物基因組。

“駱駝對我們的經(jīng)濟產(chǎn)生了重大影響[在沙特阿拉伯]所以我們需要研究來改善駱駝品種及其牛奶和肉類產(chǎn)量，”KACST科學(xué)研究支持副總裁Abdulaziz Al-Swailem說。

亞洲和阿拉伯駱駝生活在極端沙漠環(huán)境中 - 使其成為研究沙漠適應(yīng)性的理想模型。它們?nèi)萑虦囟瘸^40°C且水分損失超過其總體重的25%，極端情況會導(dǎo)致其他棲息地的哺乳動物脫水和死亡。

羊駝生活在南美洲的高海拔地區(qū)，并沒有表現(xiàn)出與沙漠環(huán)境相同的適應(yīng)性。

研究人員根據(jù)來自10個物種的7,398個基因組構(gòu)建了一個進(jìn)化樹，包括駱駝科動物(雙峰駝，單峰駱駝和羊駝)。他們的研究結(jié)果表明，駱駝特有的進(jìn)化可能適應(yīng)沙漠環(huán)境。

通過分析單核苷酸多態(tài)性的數(shù)據(jù)，他們還能夠研究駱駝種群的歷史上升和下降：人群中常見的DNA變異。他們的數(shù)據(jù)表明，人口規(guī)模的變化與地質(zhì)年代，氣候變化時期，跨大陸遷徙以及現(xiàn)代人類從非洲流入歐亞大陸之間的轉(zhuǎn)變相吻合。

研究人員對駱駝科動物基因組進(jìn)行了比較分析，所有三種駱駝科動物都表現(xiàn)出與細(xì)胞對胰島素反應(yīng)相關(guān)的基因以及與能量，葡萄糖和脂肪代謝有關(guān)的基因的快速進(jìn)化。

進(jìn)化和適應(yīng)

我們將對沙特阿拉伯的不同品種進(jìn)行測序，并在阿拉伯駱駝物種中進(jìn)行比較基因組學(xué)研究。

這兩頭駱駝在與DNA損傷，修復(fù)和免疫反應(yīng)相關(guān)的基因中加速進(jìn)化。與羊駝相比，顯而易見的是，與肺發(fā)育相關(guān)的基因已迅速進(jìn)化，可能使它們能夠承受沙漠環(huán)境中與空氣中塵埃有關(guān)的呼吸挑戰(zhàn)。

與視覺感知相關(guān)的基因也顯示出快速的進(jìn)化發(fā)展，這表明駱駝能夠忍受長時間暴露于紫外線而不損害其視力的遺傳基礎(chǔ)。

與鈉和鉀運輸相關(guān)的基因差異表明，駱駝可以比羊駝和牛更有效地代謝和運輸鹽。這對水重吸收很重要。

進(jìn)一步分析表明，駱駝能夠在缺水條件下更有效地重吸收水。此外，當(dāng)水缺乏時，它們調(diào)節(jié)鈉重吸收的能力可能對于生存至關(guān)重要。似乎駱駝的特征性高血糖水平確保足夠的能量來適應(yīng)水限制的影響。

鑒定涉及適應(yīng)沙漠環(huán)境的關(guān)鍵基因可以促進(jìn)選擇性育種，以增加具有與例如速度和產(chǎn)奶量相關(guān)的有利遺傳性狀的駱駝的比例。

關(guān)于駱駝基因組和RNA的未來研究也可能有助于更好地理解某些人類醫(yī)學(xué)狀況中涉及的生理機制，如高血壓，糖尿病，肥胖和呼吸系統(tǒng)疾病。

駱駝具有獨特的免疫系統(tǒng)，包括“納米體”，特別是抗惡劣條件的特殊抗體，KACST國家生物技術(shù)中心經(jīng)理和研究相關(guān)教授Mohamed Al-Fageeh解釋說。通過基因組測序更深入地了解該系統(tǒng)可以幫助開發(fā)新的人類疫苗接種方法和改進(jìn)的抗體療法。他補充說，了解駱駝極高血糖水平所涉及的分子機制可能為糖尿病治療的發(fā)展鋪平道路。

研究人員還認(rèn)為，駱駝科動物基因組可用于研究氣候變化的生物適應(yīng)性.KACST資助了這項研究，并參與了阿拉伯駱駝基因組的測序。“我們的下一步是對更多的駱駝進(jìn)行排序，”Al-Fageeh說。“我們將對沙特阿拉伯的不同品種進(jìn)行測序，并在阿拉伯駱駝物種中進(jìn)行比較基因組學(xué)研究。”

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