《鯨類低氧適應的分子進化機制》是依託南京師範大學，由徐士霞擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：鯨類低氧適應的分子進化機制
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：徐士霞
- 依託單位：南京師範大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
適應性進化是在自然選擇作用下，生物與環境長期相互作用的結果，闡明其遺傳機制有助於揭示物種的演化歷史。鯨類是一類特化的哺乳動物，其陸生祖先約5300萬年前從陸地進入海洋。而水溶氧量僅為空氣的5%，為了適應低氧環境，鯨類在呼吸、心血管和能量代謝等方面產生了解剖和生理的適應特徵，然而，這一適應性的分子機制尚不清楚。鑒於此，本項目擬以不同潛水能力的鯨類物種為研究對象，篩選並測定一批低氧耐受相關基因（包括攜氧、缺氧誘導、血管收縮以及能量代謝等），探討1、鯨類低氧相關基因的進化模式如何？是否受正選擇驅動？2、鯨類受正選擇的基因是否產生了適應性功能改變？3、不同潛水能力的鯨類物種低氧耐受基因的進化模式是否不同？4、與棲於低氧環境的其他哺乳動物類群相比，鯨類是否存在相似或者趨同的適應機制？綜合以上結果，以期闡明鯨類低氧適應的分子進化機制，全面理解不同生態類群適應低氧環境的遺傳學基礎。
結題摘要
為了適應水下低氧，鯨類在呼吸、心血管和能量代謝等方面產生了適應特徵。為了探討這一適應的分子機制，本項目在鯨類和近緣的陸生哺乳動物中比較分析了211個低氧耐受關鍵基因（4個攜氧基因、13個血管收縮基因以及194個能量代謝基因）和2個基因家族（抗氧化基因家族GSTs和自由基捕獲酶基因家族GPXs）。獲得的主要結果如下：1、3個攜氧基因（HBA、HBB 和 MB）在鯨類中受到顯著正選擇且鑑定了 25 個受正選擇的位點，表明鯨類已進化出較強的攜氧能力以應對低氧環境。長時間潛水鯨類主要通過提高血紅蛋白氧氣儲存能力以滿足長時間潛水對氧氣的需要因為長時間潛水者HBB受到的選擇壓力強度顯著高於短時間潛水者；2、鯨類的7個血管收縮基因的17個位點顯著受正選擇，為鯨類具有較強的血管調節策略將氧氣優先供應給對氧氣敏感組織而關閉對對氧氣不敏感的組織提供了分子證據；3、通過對受正選擇的能量代謝基因的分布和功能分析，揭示鯨類通過增強三羧酸循環中關鍵酶的活性以提高有氧代謝能力而獲得能量；同時，低氧代謝產生的乳酸主要通過糖異生途徑關鍵酶能力的增強快速代謝，且功能實驗證實鯨類乳酸脫氫酶基因特異的胺基酸突變提高了該酶的活性，也加快了乳酸代謝，使其免受乳酸中毒的侵害；4、雖然鯨類抗氧化基因家族GSTs和自由基捕獲酶基因家族GPXs基因數目顯著減少，但保留了主效基因GSTA1、GSTA4和GSTM1以及GPX1和GPX5基因家族出現了多拷貝，是應對低氧應激的重要策略；5、低氧耐受不同生態類群鑑定了共享的正選擇基因（如HBA、HBB在鯨類、氂牛、藏羚羊以及裸鼴鼠中均受正選擇）以及平行／趨同進化位點（如不同類群在29個基因能量代謝基因中鑑定了38個平行位點），提示具有趨同的分子機制。綜合以上結果，全面揭示了鯨類低氧耐受分子機制，目前發表SCI論文16篇。
