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        水生所從血氧系統(tǒng)分子層面揭示高原魚類低氧適應(yīng)的新機(jī)制

        2021-12-22 21:59:48
        糧油與飼料科技 2021年5期
        關(guān)鍵詞:生物環(huán)境研究

        氧對(duì)生物的生存、繁殖與分布具有重要影響。生物的特異性血氧傳遞系統(tǒng)為實(shí)現(xiàn)其同環(huán)境之間的氧交互提供了保障。血氧系統(tǒng)的復(fù)雜性體現(xiàn)了生物在生理調(diào)節(jié)上的多樣性,也反映了該物種對(duì)不同氧環(huán)境的適應(yīng)能力差異。已有研究表明,生物能夠通過不同層次的生理水平調(diào)節(jié)來適應(yīng)環(huán)境氧濃度的變化,但基于自然選擇壓力下的遺傳水平改變才是適應(yīng)長(zhǎng)期低氧的有效途徑。高原環(huán)境是天然的低氧實(shí)驗(yàn)室,對(duì)高原陸生生物的研究表明血氧系統(tǒng)的特異性為其適應(yīng)低氧環(huán)境提供了保障。然而,作為對(duì)環(huán)境氧濃度更敏感的水生生物而言,相關(guān)研究相對(duì)局限。

        為探究水生生物是否從遺傳水平上對(duì)高原環(huán)境表現(xiàn)出特殊的適應(yīng)進(jìn)化模式,中國(guó)科學(xué)院水生生物研究所魚類系統(tǒng)學(xué)與生物地理學(xué)實(shí)驗(yàn)室對(duì)青藏高原特有魚類的特殊的血氧系統(tǒng)及其進(jìn)化,開展了深入研究。相關(guān)研究成果以Hb adap?tation to hypoxia in high-altitude fishes:Fresh evi?dence from schizothoracinae fishes in the Qing?hai-Tibetan Plateau為題,在線發(fā)表在Internation?al Journal of Biological Macromolecules上。

        青藏高原特有魚類——裂腹魚類,包含11個(gè)屬超過100個(gè)種,廣泛分布于青藏高原及其周邊地區(qū)。目前,裂腹魚類的系統(tǒng)進(jìn)化關(guān)系存在爭(zhēng)議,但不同的研究認(rèn)為其進(jìn)化過程跟青藏高原的隆升密切相關(guān),且其已適應(yīng)高原的特殊水體環(huán)境。此外,裂腹魚類的多倍體特性也為其適應(yīng)高原環(huán)境奠定了基礎(chǔ)??蒲腥藛T收集了分屬于10個(gè)屬,50個(gè)種的244尾性成熟裂腹魚的樣本和22個(gè)屬,37個(gè)種的105尾近緣低海拔魚類。研究人員測(cè)量了處于不同海拔高度魚類的血紅蛋白濃度,發(fā)現(xiàn)血紅蛋白濃度并非隨海拔高度的提升表現(xiàn)出線性增加,而更可能表現(xiàn)出種間差異。這說明在體內(nèi)通過不斷地提升血紅蛋白濃度來適應(yīng)低氧環(huán)境可能并非是有效途徑。通過轉(zhuǎn)錄組測(cè)序、熒光定量PCR和雙向電泳等技術(shù)手段,研究揭示了裂腹魚類在血紅蛋白基因的組成(不同物種共表達(dá)3-5 hbα和5-6 hbβ基因)和血紅蛋白亞型(不同物種共表達(dá)5種不同的血紅蛋白亞型)表達(dá)上的多樣性。復(fù)雜的血紅蛋白模式為裂腹魚類適應(yīng)高原水體環(huán)境提供了可能。研究通過選擇壓力分析和蛋白模型的構(gòu)建,揭示了裂腹魚類共表達(dá)的不同類型的血紅蛋白基因在進(jìn)化過程中均受到不同程度的自然選擇,造成了不同亞型的血紅蛋白在功能上表現(xiàn)出一定差異?;谘t蛋白功能(親氧能力)上的進(jìn)化改變,或促進(jìn)了裂腹魚類對(duì)青藏高原水體環(huán)境的特殊適應(yīng)。

        研究工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金重大研究計(jì)劃、中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)(B類)、水生所等的支持。

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