水生所從血氧系統(tǒng)分子層面揭示高原魚類低氧適應(yīng)的新機(jī)制

氧對生物的生存、繁殖與分布具有重要影響。生物的特異性血氧傳遞系統(tǒng)為實現(xiàn)其同環(huán)境之間的氧交互提供了保障。血氧系統(tǒng)的復(fù)雜性體現(xiàn)了生物在生理調(diào)節(jié)上的多樣性，也反映了該物種對不同氧環(huán)境的適應(yīng)能力差異。已有研究表明，生物能夠通過不同層次的生理水平調(diào)節(jié)來適應(yīng)環(huán)境氧濃度的變化，但基于自然選擇壓力下的遺傳水平改變才是適應(yīng)長期低氧的有效途徑。高原環(huán)境是天然的低氧實驗室，對高原陸生生物的研究表明血氧系統(tǒng)的特異性為其適應(yīng)低氧環(huán)境提供了保障。然而，作為對環(huán)境氧濃度更敏感的水生生物而言，相關(guān)研究相對局限。

為探究水生生物是否從遺傳水平上對高原環(huán)境表現(xiàn)出特殊的適應(yīng)進(jìn)化模式，中國科學(xué)院水生生物研究所魚類系統(tǒng)學(xué)與生物地理學(xué)實驗室對青藏高原特有魚類的特殊的血氧系統(tǒng)及其進(jìn)化，開展了深入研究。相關(guān)研究成果以Hb adaptation to hypoxia in high-altitude fishes:Fresh evidence from schizothoracinae fishes in the Qinghai-Tibetan Plateau為題，在線發(fā)表在International Journal of Biological Macromolecules上。

青藏高原特有魚類——裂腹魚類，包含11個屬超過100個種，廣泛分布于青藏高原及其周邊地區(qū)。目前，裂腹魚類的系統(tǒng)進(jìn)化關(guān)系存在爭議，但不同的研究認(rèn)為其進(jìn)化過程跟青藏高原的隆升密切相關(guān)，且其已適應(yīng)高原的特殊水體環(huán)境。此外，裂腹魚類的多倍體特性也為其適應(yīng)高原環(huán)境奠定了基礎(chǔ)?？蒲腥藛T收集了分屬于10個屬，50個種的244尾性成熟裂腹魚的樣本和22個屬，37個種的105尾近緣低海拔魚類。研究人員測量了處于不同海拔高度魚類的血紅蛋白濃度，發(fā)現(xiàn)血紅蛋白濃度并非隨海拔高度的提升表現(xiàn)出線性增加，而更可能表現(xiàn)出種間差異。這說明在體內(nèi)通過不斷地提升血紅蛋白濃度來適應(yīng)低氧環(huán)境可能并非是有效途徑。通過轉(zhuǎn)錄組測序、熒光定量PCR和雙向電泳等技術(shù)手段，研究揭示了裂腹魚類在血紅蛋白基因的組成（不同物種共表達(dá)3-5 hbα和5-6 hbβ基因）和血紅蛋白亞型（不同物種共表達(dá)5種不同的血紅蛋白亞型）表達(dá)上的多樣性。復(fù)雜的血紅蛋白模式為裂腹魚類適應(yīng)高原水體環(huán)境提供了可能。研究通過選擇壓力分析和蛋白模型的構(gòu)建，揭示了裂腹魚類共表達(dá)的不同類型的血紅蛋白基因在進(jìn)化過程中均受到不同程度的自然選擇，造成了不同亞型的血紅蛋白在功能上表現(xiàn)出一定差異。基于血紅蛋白功能（親氧能力）上的進(jìn)化改變，或促進(jìn)了裂腹魚類對青藏高原水體環(huán)境的特殊適應(yīng)。

研究工作得到國家自然科學(xué)基金重大研究計劃、中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項（B類）、水生所等的支持。