张亚平院士Nature子刊解析高原适应性机制

　　

生物通报道：中国青藏高原是世界上海拔最高的高原，被誉为地球的“第三极”，以低氧、强辐射、气温低等著称。随着人类的迁徙定居，一批家养动物也在这样恶劣的生存环境中世代繁衍，各自形成了鲜明独特的高原适应特征，为科学家解析物种对高原快速适应进化的遗传机制提供了丰富的素材。相关阅读：张亚平、吴东东Cell Res解析高原适应遗传机制；张亚平院士组Scientific Reports揭示遗传新机制。

高海拔适应性的全基因组研究，作为极端环境下生物进化的一个经典案例，已经受到越来越多的关注。然而，当前对于高海拔适应性遗传机制的理解，主要是来自于染色体分析。只有少数早期的基因组学研究关注异染色体。近期，云南大学、中国科学院昆明动物研究所的张亚平、于黎带领的研究团队，对于来自藏獒（TM）和其他五个犬种群的公共基因组数据的X染色体进行了集中扫描，以寻找高海拔适应性的遗传标记，最终将一个基因——AMOT，确定为一个靶候选基因，为将来阐明其在低氧适应性中的作用，提供了基础。相关研究结果发表在10月7日的《Scientific Reports》。

在今年8月份，张亚平院士和于黎博士联手10多家研究机构，成功破解了金丝猴高原适应性的秘密，并揭示了其适应高海拔环境的遗传机制，这一成果以封面文章的形式发布在国际权威期刊《Nature Genetics》。相关阅读：于黎：在极端环境下基因组会发生什么变化。

高海拔环境的特征是极端条件，如缺氧、低温和高紫外线辐射，对高海拔环境的适应性，一直是进化生物学研究的重要课题。众多可能导致高海拔适应的候选基因，比如那些与缺氧相关的基因（如EPAS1，EGLN1，PPARα和HBB已经在人类中得以鉴定）、与能量代谢相关的基因（如PKLR、ENO3和DNAH9已在非人类高海拔动物中得以鉴定）、与DNA修复相关的基因（例如，BCl3，ERCC4和ERCC6，已经在非人类的高原动物中得以鉴定），这些基因都已经在高海拔不同时间深度的土著高地人研究中得以确定。这些研究包括人类种群（例如，西藏人，安第斯人和埃塞俄比亚人）、野生动物（如藏羚羊、藏野猪、安第斯水鸟、灰狼、地面山雀和金丝猴）和驯养动物（如藏獒、藏鸡和牦牛）。

吉凯基因​中通量大样本SNP检测利器：MassARRAY>> >>

值得注意的是，我们对于大多数的高海拔适应性遗传基础的认识，是基于常染色体的选择性扫描，但是二倍体生物通常携带常染色体和异染色体。相对于常染色体，X染色体在雄性个体中显示出种群大小减少和半合子状态。这些特性可以使它对人口历史和选择效应更敏感。X染色体上的选择性扫描需要严格的分析设计，以排除由真正的选择性信号而来的人口因素引起的任何噪音。

到目前为止，只有少数的基因组研究已经分析了高原生物的异染色体。有关高原适应性的异染色体，还没有进行过详细和系统的研究。最近对一个果蝇种群的全基因组研究显示，一些X连锁的基因经历了阳性选择，并且是耐缺氧的原因所在。因此，就高海拔适应性的根本遗传机制，进行X染色体的详细研究，具有重要的意义。这方面的知识将提高我们对于高海拔适应性的复杂生物学特性的理解。

近来，藏獒（TM）的高原适应机制，受到了广泛的重视，这种古老的犬种，与人类一起迁移到西藏高原（通常为4500 m）。对常染色体单核苷酸多态性（SNPs）的评估可确定候选基因，其相关功能标志着高原缺氧适应性。在《Scientific Reports》发表的这项研究中，研究人员进行了X染色体全扫描，以探讨TM的适应策略。通过再分析来自TM（10只）和其他五个较低海拔犬种群（50只）公开可用的基因组数据，研究人员发现有五个基因表现出对TM种群X染色体的选择性标记，它们分别是ALG13、AMOT、DCX、LHFPL1和TRPC5。

在这些基因中值得注意的是血管动蛋白（AMOT）基因，它表示调控血管生成的过程。然后，研究人员从连续的海拔范围（从300到4000米）采集了另外11个中国本土犬种群（共有175只）的样本，以验证和测试AMOT基因的单倍型频率高原适应性之间的关联。结果证实了一些最初的发现：AMOT基因可能是TM在高海拔生境下适应缺氧条件的一个重要靶标。

（生物通：王英）

生物通推荐原文摘要：
Identifying molecular signatures of hypoxia adaptation from sex chromosomes: A case for Tibetan Mastiff based on analyses of X chromosome
Abstract: Genome-wide studies on high-altitude adaptation have received increased attention as a classical case of organismal evolution under extreme environment. However, the current genetic understanding of high-altitude adaptation emanated mainly from autosomal analyses. Only a few earlier genomic studies paid attention to the allosome. In this study, we performed an intensive scan of the X chromosome of public genomic data generated from Tibetan Mastiff (TM) and five other dog populations for indications of high-altitude adaptation. We identified five genes showing signatures of selection on the X chromosome. Notable among these genes was angiomotin (AMOT), which is related to the process of angiogenesis. We sampled additional 11 dog populations (175 individuals in total) at continuous altitudes in China from 300 to 4,000 meters to validate and test the association between the haplotype frequency of AMOT gene and altitude adaptation. The results suggest that AMOT gene may be a notable candidate gene for the adaptation of TM to high-altitude hypoxic conditions. Our study shows that X chromosome deserves consideration in future studies of adaptive evolution.