張亞平院士Nature子刊解析高原適應性機制

中國青藏高原是世界上海拔最高的高原，被譽為地球的“第三極”，以低氧、強輻射、氣溫低等著稱。隨著人類的遷徙定居，一批家養動物也在這樣惡劣的生存環境中世代繁衍，各自形成了鮮明獨特的高原適應特征，為科學家解析物種對高原快速適應進化的遺傳機制提供了豐富的素材。相關閱讀：張亞平、吳東東Cell Res解析高原適應遺傳機制；張亞平院士組Scientific Reports揭示遺傳新機制。

高海拔適應性的全基因組研究，作為極端環境下生物進化的一個經典案例，已經受到越來越多的關注。然而，當前對于高海拔適應性遺傳機制的理解，主要是來自于染色體分析。只有少數早期的基因組學研究關注異染色體。近期，云南大學、中國科學院昆明動物研究所的張亞平、于黎帶領的研究團隊，對于來自藏獒（TM）和其他五個犬種群的公共基因組數據的X染色體進行了集中掃描，以尋找高海拔適應性的遺傳標記，最終將一個基因――AMOT，確定為一個靶候選基因，為將來闡明其在低氧適應性中的作用，提供了基礎。相關研究結果發表在10月7日的《Scientific Reports》。

在今年8月份，張亞平院士和于黎博士聯手10多家研究機構，成功破解了金絲猴高原適應性的秘密，并揭示了其適應高海拔環境的遺傳機制，這一成果以封面文章的形式發布在國際權威期刊《Nature Genetics》。相關閱讀：于黎：在極端環境下基因組會發生什么變化。

高海拔環境的特征是極端條件，如缺氧、低溫和高紫外線輻射，對高海拔環境的適應性，一直是進化生物學研究的重要課題。眾多可能導致高海拔適應的候選基因，比如那些與缺氧相關的基因（如EPAS1，EGLN1，PPARα和HBB已經在人類中得以鑒定）、與能量代謝相關的基因（如PKLR、ENO3和DNAH9已在非人類高海拔動物中得以鑒定）、與DNA修復相關的基因（例如，BCl3，ERCC4和ERCC6，已經在非人類的高原動物中得以鑒定），這些基因都已經在高海拔不同時間深度的土著高地人研究中得以確定。這些研究包括人類種群（例如，西藏人，安第斯人和埃塞俄比亞人）、野生動物（如藏羚羊、藏野豬、安第斯水鳥、灰狼、地面山雀和金絲猴）和馴養動物（如藏獒、藏雞和牦牛）。

值得注意的是，我們對于大多數的高海拔適應性遺傳基礎的認識，是基于常染色體的選擇性掃描，但是二倍體生物通常攜帶常染色體和異染色體。相對于常染色體，X染色體在雄性個體中顯示出種群大小減少和半合子狀態。這些特性可以使它對人口歷史和選擇效應更敏感。X染色體上的選擇性掃描需要嚴格的分析設計，以排除由真正的選擇性信號而來的人口因素引起的任何噪音。

到目前為止，只有少數的基因組研究已經分析了高原生物的異染色體。有關高原適應性的異染色體，還沒有進行過詳細和系統的研究。最近對一個果蠅種群的全基因組研究顯示，一些X連鎖的基因經歷了陽性選擇，并且是耐缺氧的原因所在。因此，就高海拔適應性的根本遺傳機制，進行X染色體的詳細研究，具有重要的意義。這方面的知識將提高我們對于高海拔適應性的復雜生物學特性的理解。

近來，藏獒（TM）的高原適應機制，受到了廣泛的重視，這種古老的犬種，與人類一起遷移到西藏高原（通常為4500 m）。對常染色體單核苷酸多態性（SNPs）的評估可確定候選基因，其相關功能標志著高原缺氧適應性。在《Scientific Reports》發表的這項研究中，研究人員進行了X染色體全掃描，以探討TM的適應策略。通過再分析來自TM（10只）和其他五個較低海拔犬種群（50只）公開可用的基因組數據，研究人員發現有五個基因表現出對TM種群X染色體的選擇性標記，它們分別是ALG13、AMOT、DCX、LHFPL1和TRPC5。

在這些基因中值得注意的是血管動蛋白（AMOT）基因，它表示調控血管生成的過程。然后，研究人員從連續的海拔范圍（從300到4000米）采集了另外11個中國本土犬種群（共有175只）的樣本，以驗證和測試AMOT基因的單倍型頻率高原適應性之間的關聯。結果證實了一些最初的發現：AMOT基因可能是TM在高海拔生境下適應缺氧條件的一個重要靶標。