牦牛高原适应的生理与遗传分子机制

牦牛(Bos grunniens)主要分布在海拔3 000 m以上的高寒低氧地区,具有“高原之舟”的美称。经过长期的适应性进化,牦牛在生理结构及遗传分子方面表现出高原适应性特征,随着组学技术的广泛应用,进一步揭示了牦牛高原适应机制。文章对牦牛遗传背景、形态、生理高原适应性进化的改变、相应分子遗传和调控机制进行综述,以期为牦牛及其他高原动物低氧适应的研究和高原缺氧疾病的预防和治疗提供新思路。     

牦牛低氧适应的研究进展

牦牛生活于青藏高原海拔3000~5500m地区,具有高海拔低氧良好适应性。牦牛的高海拔低氧适应特性一直是研究热点,对牦牛育种及高原医学均具有重要意义。已有的研究从气管、肺、心脏等呼吸器官组织结构、血液氧运生理、细胞代谢、分子水平等方面分析其结构功能特征与适应性机制。本文就牦牛低氧适应的研究进展进行综述,供进一步研究参考。     

高原家养动物环境适应性的研究进展

青藏高原环境主要体现为低氧低压、寒冷干燥、紫外线强、食物匮乏等,而高原家养动物经历了长期的选择和培育后能够生活在此环境下,其机体已经形成了独特的高原适应性特征。由于高原畜禽机体适应进化体系的复杂性,全面系统的适应性分子机制解析尚未完善。随着分子生物学和生物信息学的发展,高原家养动物基因组组装和功能注释完成,然后逐步开展了基因组、转录组和蛋白质组等组学层面的工作,挖掘到一系列高原动物环境适应性关键候选基因,为解析高原家养动物环境适应性分子机制研究提供了强有力支撑。本文以世居在青藏高原的藏鸡(Gallus gallus)、藏猪(Sus scrofa)、牦牛(Bos grunniens)、藏山羊(Capra hircus)、藏绵羊(Ovis aries)、藏马(Equus caballus)和藏獒(Canis lupus familiaris)等高原土著畜禽资源作为分类单元,分别从组织器官的解剖学结构、血液生理生化指标和分子遗传机制解析3个方面进行论述,并对高原适应性进化的研究趋势进行展望,以期为下一步培育高原高寒低氧地区新品种奠定基础。     

牦牛适应青藏高原环境的组织解剖学研究进展

高寒、缺氧和牧草营养短缺是高原地区主要的生态限制因子,高原土著动物在长期的适应进化过程中形成了独特的低氧适应策略。牦牛对青藏高原低氧的适应,主要通过特定的生理、代谢及解剖学特征表现出来。近年来,随着低氧环境下从器官到细胞器水平研究的不断深入,牦牛高寒低氧适应在基因水平上的成果较多,但受分析方法和样本数量的限制,低氧适应的候选基因不尽相同,其明确的生理生化表型仍不是很确定。本文从牦牛对氧的运转和利用、高寒胁迫的适应以及应对牧草营养短缺等组织解剖学形态方面的适应性研究进行综述,以期为高原畜牧业的发展、高原动物和人群的疾病防治及揭示高原人群的生理生态适应机制提供重要的借鉴作用。     

高原家养动物环境适应性的研究进展

青藏高原环境主要体现为低氧低压、寒冷干燥、紫外线强、食物匮乏等，而高原家养动物经历了长期的选择和培育后能够生活在此环境下，其机体已经形成了独特的高原适应性特征。由于高原畜禽机体适应进化体系的复杂性，全面系统的适应性分子机制解析尚未完善。随着分子生物学和生物信息学的发展，高原家养动物基因组组装和功能注释完成，然后逐步开展了基因组、转录组和蛋白质组等组学层面的工作，挖掘到一系列高原动物环境适应性关键候选基因，为解析高原家养动物环境适应性分子机制研究提供了强有力支撑。本文以世居在青藏高原的藏鸡（Gallus gallus）、藏猪（Sus scrofa）、牦牛（Bos grunniens）、藏山羊（Capra hircus）、藏绵羊（Ovis aries）、藏马（Equus caballus）和藏獒（Canis lupus familiaris）等高原土著畜禽资源作为分类单元，分别从组织器官的解剖学结构、血液生理生化指标和分子遗传机制解析3个方面进行论述，并对高原适应性进化的研究趋势进行展望，以期为下一步培育高原高寒低氧地区新品种奠定基础。     

高原动物线粒体DNA在低氧适应领域研究进展

多种高原动物生活在海拔4 000～6 000 m的高原地区,为适应寒冷、低氧的环境,在相对恶劣的环境下能更好的生存繁衍,其形态结构和生理生化方面在长期的自然选择下发生了一些不可逆且可遗传的变化。线粒体在细胞中通过有氧呼吸,作为能量代谢中心,与高原土著物种的低氧适应性密切相关。在缺氧条件下,动物体内能量的产生和消耗过程受到影响,这些机制与线粒体功能变化有关。线粒体功能受线粒体DNA的影响,低氧适应性与线粒体DNA的关系密不可分。为更进一步研究线粒体DNA与低氧适应的关系,该文对低氧适应性物种线粒体适应低氧的机制进行综述,为今后深入研究高海拔地区土著种群适应高海拔环境中的作用奠定基础。     

高原民族和动物低氧适应血液生理特征及相关基因研究进展

高原环境主要的生态因子为低氧分压,高原民族和动物定居高原的时间和海拔不同,受到不同程度和不同时间的低氧选择。血液生理特征是机体适应低氧环境的一个重要表现,血液生理指标能直接反应机体对低氧环境的适应性。同时,低氧适应相关基因在机体低氧适应的调控过程中起着非常重要的作用。高原民族和动物低氧适应研究的热点集中于血液生理及其形成的分子机制领域,而随着分子生物学技术的发展,越来越多参与低氧适应调控通路的基因被发现,作者就低氧适应血液生理特征和相关基因的研究进展进行综述。     

高原土著动物适应性进化的研究进展

青藏高原是世界上海拔最高、面积最大、地形最为复杂的地理单元,其独特的地形地貌造就了极端的环境气候特征——高寒、低氧、强紫外线辐射等。历经数百万年,高原土著动物在长期的适应性进化过程中形成了独特的低氧适应策略。经过长期的自然选择和进化,高原土著动物不仅在生理、生化、形态学及行为上获得稳定的高原低氧适应能力,并在细胞和分子水平形成了一系列独特的调节机制。近一个世纪以来,高原动物适应性进化的研究主要集中在生理形态方面,近期随着基因组数据的不断更新,利用分子技术探索高原动物适应性进化已成为研究热点,但全面解析高原动物为何能够良好的适应高原极端环境的分子机制亟待进一步研究。因此,今后的研究可结合已报道的相关表型和基因型数据,全面、系统地解析高原动物适应性进化的分子机制和遗传原理,为培育耐低温、低氧及强紫外辐射的动物新品种提供理论和技术依据,也为临床预防和治疗高原性疾病提供新思路。为此,本文以青藏高原特有的低氧、低温和强紫外辐射为线索,并结合相关微生物的研究成果,综述了近几十年关于高原土著动物适应性进化的研究进展。     

牦牛缺氧敏感组织对环境的适应机制

被誉为“世界屋脊”的青藏高原具有低氧、低温、强紫外线等环境特征。牦牛作为青藏高原特有的品种,因其独特的生理机能得以适应高原地区寒冷和低氧环境并生存和繁衍。近年来,高原特有动物形态、生理、生化及遗传适应机制探究已成为热点。本文对近年来围绕青藏高原牦牛缺氧敏感组织(心脏和肺脏)的形态解剖学及基因组学研究进展进行综述,以期深刻解读牦牛的独特高原低氧适应机制。     

不同发育期牦牛血清中Fe~(3+)含量和CK活性的测定

牦牛被认为是高原最佳适应动物之一,其高原适应特征引起国内外学者的极大兴趣。国内见崔燕对不同年龄牦若干生理指标测定。李莉等对不同发育期牦牛红细胞数、血红蛋白及肌红蛋白进行了测定。但从发育学和海拔高度两方面来分析牦牛低氧适应机制的文章未见有报道。有鉴于此,笔者通过测定不同发育期牦牛与黄牛血清中Fe^3＋含量及CK活性来探讨牦牛在生长发育过程中对高原低氧环境的适应特点。     

Whole‐genome analysis identifying candidate genes of altitude adaptive ecological thresholds in yak populations

The domestic yak (Bos grunniens) is an iconic symbol of animal husbandry on the Qinghai–Tibet Plateau. Long‐term domestication and natural selection have led to a wide distribution of yak, forming many ecological populations to adapt to the local ecological environment. High altitude is closely related to oxygen density, and it is an important environmental ecological factor for biological survival and livestock production. The aim of the present study was to perform a preliminary analysis to identify the candidate genes of altitude distribution adapted ecological thresholds in yak using next‐generation sequence technology. A total of 15,762,829 SNPs were obtained from 29 yaks with high‐ and low‐altitude distribution by genome‐wide sequencing. According to the results of the selective sweep analysis with FST and ZHp, 21 candidate genes were identified. 14 genes (serine/threonine protein kinase TNNI3K, TEN1, DYM, ITPR1, ZC4H2, KNTC1, ADGRB3, CLYBL, TANGO6, ASCC3, KLHL3, PDE4D, DEPDC1B and AGBL4) were grouped into 32 Gene Ontology terms, and four genes (RPS6KA6, ITPR1, GNAO1 and PDE4D) annotated in 35 pathways, including seven environmental information processing and one environmental adaptation. Therefore, the novel candidate genes found in the current study do not only support new theories about high‐altitude adaptation, but also further explain the molecular mechanisms of altitude adaptation threshold in yaks.     

动物低氧适应的生理与分子机制

氧的利用和调节是高等生命生存的基本条件,低氧是许多重大疾病发生发展中的基本病理生理改变,而高原低氧存在于中国约220万平方千米的高原地区,涉及到高原低氧习服和低氧适应的重要进化机制。国内外在对高原民族和高原动物低氧适应相关基因研究中已发现低氧诱导因子-1（HIF-1）、促红细胞生成素（EPO）、血管内皮细胞生长因子（VEGF）、血红蛋白（Hb）及能量代谢相关酶等相关基因,而随着基因芯片和深度测序等高通量检测技术的发展,低氧反应的分子调控网络也得到进一步的明晰。     

牦牛EPO、PPARα基因SNP与高原低氧适应的相关性分析

试验旨在探究促红细胞生成素基因（EPO）、过氧化物酶体增殖剂激活受体α（PPARα）的遗传多样性,并分析其多态性与牦牛高原低氧适应性的相关性。采集不同海拔高度的6个牦牛类群（中甸牦牛、麦洼牦牛、斯布牦牛、类乌齐牦牛、帕里牦牛、申扎牦牛）以及三江黄牛共375头耳样,提取DNA并分别构建DNA池,采用直接测序法结合PCR-RFLP检测分析EPO、PPARα基因的多态性,最后应用SHEsis软件统计分析候选基因SNPs与牦牛高原适应性的相关性。结果表明,EPO基因存在3个SNPs位点：rs527G→A、rs1031A→T、rs1192T→C;PPARα基因存在3个SNPs位点：rs77363C→T、rs77471C→A和rs77534C→T。χ²适合性检验结果显示,EPO基因3个SNPs位点均符合Hardy-Weinberg平衡状态;PPARα基因的rs77363C→T位点上,6个牦牛类群都处于平衡状态（P>0.05）,在PPARα基因的rs77471C→A和rs77534C→T位点,麦洼牦牛偏离Hardy-Weinberg平衡（P<0.05）。单倍型分析得出,EPO基因的ATC单倍型在高海拔地区牦牛中的分布频率随海拔升高而升高;PPARα基因的TAC单倍型在6个牦牛类群中分布频率显著高于其他单倍型。研究表明,EPO、PPARα基因可作为牦牛适应高原环境的分子标记,为进一步探讨牦牛高原低氧适应性机制提供一定理论帮助。     

西藏牦牛资源现状及生产性能退化分析

在了解目前西藏牦牛资源现状的基础上，根据牦牛畜群结构、生长发育状况、生产性能(产肉性能、产乳性能、产毛性能、繁殖性能)等状况，进行了全面而深入的调查、测试和分析，弄清各类群的品种特征，资源优势，产品质量，分析我区牦牛生产性能退化幅度及退化原因，提出了相应的防止退化措施，为西藏牦牛和草地等可更新资源有效利用和协调发展，充分发挥高寒牧区自然资源生产潜力，改善生态环境和维护生态平衡，持续发展牦牛业及草地畜牧业提供依据。     

高寒地区牦牛腹泻症的预防和治疗

天祝白牦牛是高原牧区主要的畜种,适应于高寒高海拔(海拔在2800~4000 m之间)地区生存,但是该地区气候寒冷,尤其冬季气温较低,白牦牛受外感风邪,引起脏冷寒湿,损伤脾胃,导致消化功能降低,脾胃受到寒湿,腹泻病时有发生。病因多因老小体弱,抵抗力下降受风邪雨雪淋,驱虫不彻底损伤脾胃,导致消化功能降低腹泻。文章以天祝地区为例,总结牦牛发生腹泻的病因,并提出综合性的防治措施。     

一氧化氮在动物低氧适应中的生理和分子机制

近年来,国内外学者在对高原民族和高原动物低氧适应相关基因的探索中揭示了藏族的低氧适应生理机制;高含量的一氧化氮(nitric oxide,NO)舒张血管并导致高速度的血流,高速度的血流弥补了高海拔低氧。可见一氧化氮在动物低氧适应中起着重要的作用。作者对低氧条件下一氧化氮的合成、传递、生物学效应及调控表达机制进行了综述。     

高原牦牛胎盘营养成分的测定与分析

对生活在青藏高原(海拔4 500 m以上)的牦牛孕期胎盘的营养成分进行了测定.结果表明,牦牛胎盘中的17种氡基酸和11种微量元素的含量与人胎盘(紫河车)、鹿胎盘相当,说明牦牛胎盘有一定的药用价值.