藏豬高海拔環(huán)境適應(yīng)性分子機制探討.pdf

1、藏豬是生活在我國青藏高原地區(qū)的古老地方豬種，對高海拔惡劣環(huán)境具有良好的適應(yīng)能力。藏豬良好的環(huán)境適應(yīng)性是長期人工及自然選擇作用下形成的，其遺傳學(xué)機理非常復(fù)雜，需要多個基因協(xié)調(diào)發(fā)揮作用。本研究采用豬的全基因組SNP芯片對生活在高海拔地區(qū)的藏豬（3000米）、中等海拔高度的大河豬（2000米）以及平原地區(qū)的五指山豬（200米）進行分型?；谌后w遺傳學(xué)原理對生活在高原地區(qū)的豬種與平原豬種高度分化的基因組區(qū)域進行掃描，對顯著差異的拷貝數(shù)變異區(qū)域進

2、行鑒定并運用基于單體型的logistic回歸模型對藏豬基因組中的基因互作模式進行探索，同時采用RNA-seq技術(shù)對藏豬和平原豬（東北民豬）肺部基因表達模式進行比較，從四個不同的角度系統(tǒng)的理解藏豬高海拔環(huán)境適應(yīng)性的分子機制。
　　通過比較藏豬、大河豬與五指山豬基因組上的高度分化區(qū)域，共鑒定了12個(CCBE1，F(xiàn)2RL1，AGGF1，ZFPM，IL2，F(xiàn)GF，PLA2G4A，ADAMTS9，NRBF2，MJD1C，VEGFC昶ADA

3、M19)藏豬特異、6個（OGG1，F(xiàn)OXM, FLT3，RTEL1，CRELD1和RHOG）大河豬特異，以及6個（VPS13A，GNA14，GDAP1，PARP8，F(xiàn)GF10和ADAMTS16)兩個豬種共同的適應(yīng)性基因。功能分析表明藏豬特異性適應(yīng)性基因主要涉及心血管系統(tǒng)的發(fā)育，大河豬特異性的適應(yīng)性基因主要涉及DNA氧化損傷修復(fù)，而二者共同的適應(yīng)性基因則主要參與血液循環(huán)、DNA修復(fù)和能量代謝等過程。
　　對生活在不同海拔高度的三個豬

4、品種基因組的拷貝數(shù)變異區(qū)域進行分析發(fā)現(xiàn)，拷貝數(shù)變異區(qū)域與不同豬種間高度分化的基因組區(qū)域沒有重疊，表明拷貝數(shù)變異主要發(fā)生在中等或小程度分化的基因組區(qū)域。5個與穩(wěn)態(tài)過程相關(guān)的基因，包括CIDEA、ABCG1、IL6ST以及兩個人類的同源基因SLC9A9和NHLRC2，所在的拷貝數(shù)變異區(qū)域在品種間存在差異，可能與高原豬種高海拔環(huán)境適應(yīng)性相關(guān)。這些基因的功能主要涉及溫度適應(yīng)、能量代謝、低氧應(yīng)答、肺部功能及心血管系統(tǒng)發(fā)育。
　　以藏豬和五指

5、山豬為研究材料對全基因組兩兩非關(guān)聯(lián)位點進行互作檢測，共篩選到5,834對顯著的基因互作對子(FDR＜0.001)，F(xiàn)ST分析表明這些基因大都處于低等或中等程度分化。以此構(gòu)建基因互作網(wǎng)絡(luò)并對網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進行分析，結(jié)果表明該互作網(wǎng)絡(luò)具有“小世界”和“無標(biāo)度”兩個生物網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)志性特征。同時，基于泊松分布共檢測到87個高連通度的hub基因，功能分析表明其中的13個(ADRB1，RFC3，CDK7，NRG1，ISL1，RAG2，F(xiàn)LT1，NOX，

6、NDUFA12，SCNN1B，TGFBI, MYC和CDCP)具有與高海拔環(huán)境適應(yīng)性相關(guān)的功能。前期生物學(xué)實驗表明這13個基因中的8個（NOX4，TG FB1，CDCP1，F(xiàn)LT1，MYC，CDK7, RFC3和NGR1）都參與機體內(nèi)最重要的氧濃度調(diào)節(jié)通路-缺氧誘導(dǎo)因子通路。
　　對藏豬和民豬肺部轉(zhuǎn)錄組研究共檢測到了281個差異表達基因，其中191個基因(67.97％)在藏豬肺部表達下調(diào)，而只有90個基因(32.08％)在藏豬肺部

7、表達上調(diào)。表明高海拔環(huán)境中，大部分基因的表達被抑制。對上調(diào)的基因進行功能富集分析，發(fā)現(xiàn)藏豬中上調(diào)表達的基因主要涉及肺組織發(fā)育、血管系統(tǒng)以及炎癥反應(yīng)，表明藏豬很可能通過這些基因的下調(diào)與上調(diào)維持著肺部及血管的損傷與修復(fù)之間的平衡。同時，將差異表達基因與藏豬基因組上正選擇區(qū)域進行比較分析，只發(fā)現(xiàn)了6個共同基因(RGS2，SCD, TLE2，SLCO4C1，CXCL13和PRCP基因)，表明差異表達的基因并不是完全由正選擇作用到基因的順式作用元

8、件上驅(qū)動的，有可能是通過反式作用方式進行調(diào)節(jié)或者是通過改變蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)發(fā)揮作用的。同時，這6個基因幾乎都具有與高海拔環(huán)境適應(yīng)性相關(guān)的功能，可作為候選基因進行更深入的研究。而對正選擇基因的表達量進行分析表明這些基因的表達變化度都較小，提示是微效基因作用形式。
　　綜上，藏豬高海拔環(huán)境適應(yīng)性機制十分復(fù)雜，涉及大量基因。這些基因大部分屬于微效基因，其中與低海拔豬種高度分化的基因可能主要通過改變蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)或通過反式作用方式影響其他基因的表達