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《四川科技報(bào)》 - 第2940期

我省科學(xué)家首次揭示世界上海拔分布最高的蛇類基因組










本報(bào)訊 記者日前從中國(guó)科學(xué)院成都生物研究所獲悉,北京時(shí)間201881日國(guó)際學(xué)術(shù)期刊PNAS(《美國(guó)科學(xué)院院刊》)在線發(fā)表了中國(guó)科學(xué)院成都生物研究所李家堂和中國(guó)科學(xué)院昆明動(dòng)物研究所張亞平等研究團(tuán)隊(duì)關(guān)于溫泉蛇研究的最新成果“A comparative genomic investigation of high-elevation adaptation in ectothermic snakes”(比較基因組學(xué)研究解析變溫動(dòng)物蛇類對(duì)高海拔環(huán)境的適應(yīng))。該研究以分布于青藏高原的溫泉蛇為研究對(duì)象,解析了蛇類這種變溫動(dòng)物適應(yīng)高海拔極端環(huán)境的遺傳機(jī)制。

該研究通過(guò)對(duì)溫泉蛇進(jìn)行全基因測(cè)序,將得到的全基因組序列和同屬物種及親緣關(guān)系較近的低海拔物種全基因組進(jìn)行重測(cè)序,融合已發(fā)表的9個(gè)低海拔物種全基因組序列,利用比較基因組學(xué)分析,在高海拔溫泉蛇屬三個(gè)物種中發(fā)現(xiàn)了27個(gè)不同蛋白中的27個(gè)共有氨基酸替換。這些突變多與免疫、低氧適應(yīng)應(yīng)答和DNA修復(fù)等功能相關(guān)。分子功能實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的結(jié)果表明,與DNA修復(fù)相關(guān)的FEN1(瓣?duì)詈怂醿?nèi)切酶-1)基因的突變型相對(duì)于野生型(低海拔物種基因類型)在紫外線照射下具有更強(qiáng)的穩(wěn)定性,推測(cè)突變有助于溫泉蛇屬物種在高海拔環(huán)境中對(duì)紫外線的抵抗。

作為高原物種,溫泉蛇EPAS1(內(nèi)皮PAS結(jié)構(gòu)域包含蛋白-1)基因的突變減弱了其調(diào)節(jié)下游基因紅細(xì)胞生成素表達(dá)的能力,進(jìn)而導(dǎo)致溫泉蛇血紅蛋白濃度處于較低水平,是溫泉蛇適應(yīng)高海拔低氧條件的重要原因。

目前,全世界已知蛇類約有3600種,主要分布在熱帶、亞熱帶和溫帶地區(qū),少數(shù)在寒帶地區(qū)。從垂直分布來(lái)看,沿海、沿湖低地到海拔1000米上下的種類最多,有一部分種類分布在海拔20003000米的地方。溫泉蛇屬Thermophis隸屬于游蛇科,該屬目前包括三個(gè)物種:溫泉蛇(Thermophis baileyi)、四川溫泉蛇(Thermophis zhaoermii)和香格里拉溫泉蛇(Thermophis shangrila),它們?yōu)橹袊?guó)特有的珍稀保護(hù)物種,是世界上分布海拔最高的蛇類之一。它們均生活于青藏高原海拔范圍為35004400米的地區(qū),主要棲息在溫泉附近的石堆、水邊和沼澤草甸中。溫泉蛇的起源和演化與青藏高原的形成和隆起有著密切聯(lián)系。

青藏高原寒冷、氧分壓低、紫外線輻射強(qiáng)烈的特點(diǎn),造成其許多地區(qū)不適合人類居住甚至是生命禁區(qū),是亞洲人口最稀少的地區(qū)。但青藏高原自身孕育了很多高原特有物種。因此,青藏高原被稱作是一座研究生物適應(yīng)高原環(huán)境變化機(jī)制的自然實(shí)驗(yàn)室。前期的許多研究都集中在恒溫動(dòng)物對(duì)高原的適應(yīng),如高原人類、高原牦牛等。缺乏對(duì)高原變溫動(dòng)物適應(yīng)高原環(huán)境遺傳機(jī)制的研究,而溫泉蛇正好為我們揭開變溫動(dòng)物高海拔適應(yīng)之謎提供了良好的動(dòng)物模型。

近年來(lái),隨著我國(guó)“西部大開發(fā)”“一帶一路倡議”和“第二次青藏高原科學(xué)考察”的順利推進(jìn),越來(lái)越多的人群進(jìn)入高原開展工作,但極端的高原環(huán)境可能造成嚴(yán)重的高原反應(yīng),甚至引發(fā)高原病。研究人員表示,從恒溫動(dòng)物和變溫動(dòng)物綜合開展高原極端環(huán)境的遺傳機(jī)制研究將為人類高原病的預(yù)防和治療提供一定的參考價(jià)值。(本報(bào)記者 馬靜璠)