蛇類高海拔環境的適應機制研究獲進展

大多數生物都對其生存環境有一定要求，超出適宜的範圍就難以存活；但有一些生物卻可以在強輻射、缺氧等極端環境中繁衍生息，這類生物被稱為「極端環境生物」。獨特的生活環境、長期的適應性進化使得這些生物在基因結構組成、酶特性及代謝功能等方面均不同於其它生物。

溫泉蛇屬Thermophis隸屬於游蛇科，該屬目前包括三個物種：溫泉蛇Thermophis baileyi、四川溫泉蛇Thermophis zhaoermii和香格里拉溫泉蛇Thermophis shangrila，它們是中國特有的珍稀保護物種，是世界上分布海拔最高的蛇類之一，均生活於青藏高原海拔3500米至4400米的地區，主要棲息在溫泉附近的石堆、水邊和沼澤草甸中。溫泉蛇的起源和演化與青藏高原的形成和隆起有著密切的聯繫。

目前，全世界已知蛇類約有3600種，主要分布在熱帶、亞熱帶和溫帶地區，少數在寒帶地區。從垂直分布來看，沿海、沿湖低地到海拔1000米上下的種類最多，有一部分種類分布在海拔2000米至3000米的地方。早在1907年，溫泉蛇作為唯一一種生活在青藏高原海拔4000米以上的蛇被英國人Frank Wall首次發現時，就已經「顛覆」了人們對當時現有蛇類的認知。青藏高原寒冷、氧分壓低、紫外線輻射強烈的特點，造成其許多地區不適合人類居住甚至是生命禁區，是亞洲人口最稀少的地區。以往相關研究都大多集中在高原人類、高原氂牛等恆溫動物對高原的適應上，缺乏對高原變溫動物適應高原環境遺傳機制的研究，而溫泉蛇為揭開變溫動物高海拔適應之謎提供了良好的動物模型。

近日，中國科學院成都生物研究所李家堂等研究團組對溫泉蛇進行了全基因測序，將得到的全基因組序列和同屬物種及親緣關係較近的低海拔物種全基因組進行重測序，融合已發表的9個低海拔物種全基因組序列，利用比較基因組學分析，在高海拔溫泉蛇屬三個物種中發現了27個不同蛋白中的27個共有氨基酸替換。這些突變多與免疫、低氧適應應答和DNA修復等功能相關。分子功能實驗驗證的結果表明，與DNA修復相關的FEN1（瓣狀核酸內切酶-1）基因的突變型相對於野生型（低海拔物種基因類型）在紫外照射下具有更強的穩定性，推測突變有助於溫泉蛇屬物種在高海拔環境中對紫外線的抵抗。與西藏人相似，作為高原物種，溫泉蛇EPAS1（內皮PAS結構域包含蛋白-1）基因的突變減弱了其調節下游基因紅細胞生成素表達的能力，導致溫泉蛇血紅蛋白濃度處於較低水平，是溫泉蛇適應高海拔低氧條件的重要原因。

相關研究成果以Comparative genomic investigation of high-elevation adaptation in ectothermic snakes（比較基因組學研究解析變溫動物蛇類對高海拔環境的適應）為題，在線發表於《美國國家科學院院刊》。該研究得到了中科院戰略性先導科技專項、前沿科學與教育局重點項目，國家自然科學基金委、中科院青年創新促進會等的資助。

FEN1和EPAS1基因的分子生物學證據

來源：中國科學院成都生物研究所

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