藏雞高原低氧環(huán)境適應(yīng)機(jī)制的研究進(jìn)展*

張琦，田慧麗，嘎瑪玉珍，拉普，趙滿達(dá)，郭瑞萍**

（1. 山東畜牧獸醫(yī)職業(yè)學(xué)院，山東 濰坊 201061；2. 日喀則市農(nóng)牧業(yè)科學(xué)研究推廣中心，西藏 日喀則 857000）

藏雞抗病力強(qiáng)，肉質(zhì)鮮美，營養(yǎng)價(jià)值高，主要分布于海拔2 200～4 100 m 的半農(nóng)半牧區(qū)，是我國青藏高原地區(qū)特有的品種資源[1]。但目前藏雞的繁育仍然存在一些問題，其生產(chǎn)能力仍然有待提高。同時(shí)由于青藏高原低氧環(huán)境的影響，引入高產(chǎn)的低地雞品種仍具有挑戰(zhàn)性。 經(jīng)過長期的自然篩選和人工馴化，藏雞的生理特點(diǎn)已經(jīng)發(fā)生改變，從而能更好地適應(yīng)高海拔、低含氧量和低氣壓的環(huán)境條件。相較于低地雞種，藏雞在高原低氧環(huán)境下的適應(yīng)能力更強(qiáng)，對低氧環(huán)境的抑制程度也更小，這是由于藏雞擁有獨(dú)特的生理表型和潛在的分子機(jī)制[2]。因此，深入探究藏雞在高原環(huán)境下的適應(yīng)機(jī)制，對于揭示其生存規(guī)律具有重要價(jià)值。本文綜述了藏雞在高原缺氧環(huán)境下的生理適應(yīng)機(jī)制，深入探究了高原動物對缺氧環(huán)境的分子適應(yīng)機(jī)制，也為高原引種和雜交選育提供有益參考。

1 藏雞低氧適應(yīng)的生理表型

1.1 種蛋特征

胚胎期是藏雞能夠適應(yīng)缺氧環(huán)境的關(guān)鍵時(shí)期[3]。在高原獨(dú)特的缺氧環(huán)境中，種蛋的孵化率直接受蛋殼通透性以及種蛋的營養(yǎng)水平等因素的影響。

在高原孵化過程中，蛋殼的通透性發(fā)揮著重要作用。由于受到高海拔地區(qū)低氣壓的影響，蛋內(nèi)的氣體交換也會發(fā)生改變。降低蛋殼的通透性，可以有效避免高海拔低氣壓造成的蛋內(nèi)水分和二氧化碳的過度流失，從而有助于胚胎的生長和孵化率的提高[4]。魏澤輝等[5]研究發(fā)現(xiàn)，相較于平原雞蛋殼，藏雞蛋殼的通透性顯著降低，從而有效降低水分和二氧化碳的流失。據(jù)分析，高原藏雞種蛋失水率低的主要原因之一就在于其蛋殼的有效孔隙表面積較小，且通透性低。

藏雞種蛋的適應(yīng)能力也與其所含營養(yǎng)成分密切相關(guān)。作為能源來源，高含量的卵黃能夠使胚胎在缺氧環(huán)境中更好地生存，而卵黃含量較低會降低孵化率和胚胎發(fā)育速率。Jia 等[6]對藏雞和低地矮小雞的雞蛋進(jìn)行比較后發(fā)現(xiàn)，藏雞蛋雖然重量較輕，但其卵黃干重顯著高于普通雞蛋，這種高含量的卵黃為機(jī)體提供了更豐富的能量，從而使胚胎更好地適應(yīng)環(huán)境。此外，藏雞雞蛋中微量元素的組成也表現(xiàn)出了其對缺氧環(huán)境的適應(yīng)性。巴桑等[7]通過測定發(fā)現(xiàn)，相較于普通雞蛋，藏雞雞蛋中銅、鐵、鋅和磷的含量顯著提高。微量元素能影響體內(nèi)物質(zhì)和能量的代謝，其中銅元素可以促進(jìn)血液循環(huán)系統(tǒng)的發(fā)育；鐵元素具有促進(jìn)體內(nèi)血紅蛋白和肌紅蛋白含量的作用，從而確保體內(nèi)氧的正常運(yùn)輸；鋅元素有助于維持胚胎正常的代謝過程；磷元素具有刺激骨骼和軟組織發(fā)育、調(diào)節(jié)能量釋放和維持酸堿平衡的作用。因此，在孵化過程中，藏雞雞蛋中豐富的營養(yǎng)成分極大地增強(qiáng)了雛雞對缺氧環(huán)境的適應(yīng)能力。

1.2 血液特征

藏雞在缺氧環(huán)境下的適應(yīng)性離不開獨(dú)特的血液特征，包括紅細(xì)胞數(shù)量和體積的變化、血紅蛋白濃度以及親氧能力等指標(biāo)。

當(dāng)機(jī)體處于高原環(huán)境時(shí)，作為體內(nèi)氧氣運(yùn)輸?shù)闹饕浇?，紅細(xì)胞數(shù)量也會增加[8]。Zhang 等[9]分別對藏雞和矮小隱性白羽雞的血液指標(biāo)進(jìn)行測定分析，結(jié)果表明在1 日齡以及2、6、10 周齡時(shí)，與白羽雞相比，藏雞血液中紅細(xì)胞數(shù)目增多，體積變小，紅細(xì)胞總表面積增加，這有利于紅細(xì)胞與氧氣結(jié)合，同時(shí)也不會引起血液粘稠度的增加，從而更好地適應(yīng)低氧環(huán)境。

血紅蛋白是氧氣的載體，依靠分子中心的鐵原子在體內(nèi)實(shí)現(xiàn)氧運(yùn)輸功能，在攜氧能力、安全性和生物相容性方面具有獨(dú)特優(yōu)勢[10]。高原動物對缺氧的耐受性與血紅蛋白的含量及對氧氣的親和力密切相關(guān)。張浩等[11]對藏雞和矮小隱性雞的血紅蛋白濃度進(jìn)行了測定，結(jié)果表明，藏雞在適應(yīng)高海拔低氧環(huán)境時(shí)，可以將血紅蛋白分散到更多更小的紅細(xì)胞內(nèi)，使其更容易與氧氣接觸，從而提高氧氣運(yùn)輸?shù)男?。Wei 等[12]比較研究了藏雞和低地雞胚胎的血紅蛋白濃度、血?dú)夂蚿H 值，結(jié)果表明，藏雞的靜脈血中二氧化碳分壓顯著升高，同時(shí)靜脈血pH 值降低，這進(jìn)一步增強(qiáng)了血紅蛋白的親氧能力，從而有助于提高其對缺氧環(huán)境的抵抗力。

1.3 呼吸系統(tǒng)特征

為提高氧氣的吸收和利用效率，藏雞的呼吸系統(tǒng)也發(fā)生了一系列適應(yīng)性變化。鮑海港等[13]研究發(fā)現(xiàn)，在同一生長期內(nèi)，藏雞的肺臟所占體重比例高于平原雞，并且在藏雞與平原雞雜交的后代中也觀察到同樣的趨勢，這一特點(diǎn)顯著提高了肺通氣量，增強(qiáng)了肺的功能。藏雞的胸腔比低地雞發(fā)達(dá)，腹腔較小，因此呼吸頻率較高，氧氣吸入增加。此外，藏雞肺泡較多，體積較小，總表面積較大，有利于減緩肺動脈壓力的升高，同時(shí)也有利于氣體的排出。

1.4 能量代謝特征

在機(jī)體物質(zhì)代謝的過程中，能量的釋放、轉(zhuǎn)移、儲存和利用構(gòu)成了維持機(jī)體最基本的生命活動。Tang 等[14]比較了藏雞和低地雞的能量代謝，發(fā)現(xiàn)在缺氧條件下，藏雞的ATP 和耗氧量均呈現(xiàn)下降趨勢，同時(shí)細(xì)胞外酸化率則呈現(xiàn)上升趨勢，表明藏雞可以通過減少有氧代謝，增加糖酵解來更好地適應(yīng)缺氧環(huán)境。

2 藏雞低氧適應(yīng)的分子機(jī)制研究

2.1 基因組的低氧適應(yīng)

為了適應(yīng)高原缺氧的環(huán)境，藏雞的基因會發(fā)生突變，朝著更有利于生存的方向進(jìn)化。

一氧化氮合酶（NOS）是一種能將L-精氨酸轉(zhuǎn)化為一氧化氮（NO）的酶。NO 能擴(kuò)張血管、調(diào)節(jié)血壓、預(yù)防組織缺氧引起的肺動脈高壓，同時(shí)還具有抗氧化和抗炎特性，可有效減少缺氧引起的氧化應(yīng)激和炎癥反應(yīng)[15]。通過對藏雞、平原雞缺氧刺激誘導(dǎo)型一氧化氮合酶（iNOS）基因的序列測序，發(fā)現(xiàn)藏雞iNOS 基因5＇側(cè)翼區(qū)有一個(gè)高度突變的SNP 位點(diǎn)，此突變顯著提高了藏雞對環(huán)境的適應(yīng)性[16]。

線粒體是細(xì)胞中制造能量的結(jié)構(gòu)，是細(xì)胞進(jìn)行氧化磷酸化、ATP 合成和有氧呼吸的主要場所，其功能的變化直接關(guān)系到線粒體對氧氣的有效利用。鮑海港等[17]發(fā)現(xiàn)藏雞線粒體ND5 基因中存在一處C1627A突變，該突變可以通過調(diào)節(jié)酶活性，提高線粒體的調(diào)節(jié)速率，減輕缺氧對機(jī)體的有害影響。此外，細(xì)胞色素氧化酶是一類調(diào)控機(jī)體能量代謝的酶，在低氧環(huán)境適應(yīng)性中發(fā)揮著重要作用。在對藏雞和低地雞種的線粒體細(xì)胞色素氧化酶III 基因序列進(jìn)行測定后，發(fā)現(xiàn)存在四個(gè)具有低氧適應(yīng)優(yōu)勢的基因突變。該基因突變會影響其蛋白質(zhì)的疏水性，從而達(dá)到適應(yīng)高原低氧環(huán)境的目的[18]。

Wang 等[19]利用二代測序技術(shù)構(gòu)建了藏雞的基因組序列，并對藏雞、紅原雞、云南雞和西雙版納斗雞進(jìn)行了測序，發(fā)現(xiàn)藏雞的基因組可分為兩類：第一類鑒定了203 個(gè)參與活性氧代謝和鈣離子信號轉(zhuǎn)導(dǎo)過程的候選基因，第二類鑒定了唯一一個(gè)適應(yīng)高原的候選基因RYR2。這些結(jié)果表明，在這兩類藏雞中，一些潛在的鈣信號通路基因發(fā)生變異，從而刺激了缺氧誘導(dǎo)因子的轉(zhuǎn)錄和翻譯，進(jìn)而參與了對缺氧環(huán)境的適應(yīng)過程。

甲基化基因參與血管平滑肌收縮、VEGF 信號通路、鈣信號通路等缺氧相關(guān)通路。Zhang 等[20]在藏雞和平原雞兩個(gè)雞種中鑒定出1 049 個(gè)差異甲基化區(qū)域和695 個(gè)相關(guān)的差異甲基化基因，并發(fā)現(xiàn)這些低甲基化候選基因?qū)Σ仉u的低氧適應(yīng)起著重要的調(diào)控作用。

Liu 等[21]比較了71 個(gè)藏雞品種和113 個(gè)低地雞品種的基因組變異信息，通過選擇信號分析確定了89 個(gè)雞胚缺氧適應(yīng)性候選基因，并且篩選出四個(gè)重要的候選基因，成為藏雞能適應(yīng)高原低氧環(huán)境的重要因素。

2.2 轉(zhuǎn)錄組的低氧適應(yīng)

Li 等[22]分別對藏雞、壽光雞和隱性矮小雞的雞胚心臟樣本轉(zhuǎn)錄組進(jìn)行了測序，共鑒定出12 個(gè)藏雞特異表達(dá)的轉(zhuǎn)錄本，這些基因已被證實(shí)和血管內(nèi)皮生長因子、血管生成和通透性密切相關(guān)，并調(diào)控心臟的生理代謝、ATP 的生成和線粒體的生成，從而進(jìn)一步維持胚胎心臟形態(tài)的正常發(fā)育。

非編碼RNA 在與蛋白質(zhì)、DNA 和RNA 相互作用的過程中，參與了多種細(xì)胞活動的復(fù)雜調(diào)控。Zhang 等[23]測定了低氧孵化的藏雞和茶花雞胚胎絨毛膜尿囊膜組織mRNAs、lncRNAs 和miRNAs表達(dá)譜，發(fā)現(xiàn)差異表達(dá)的幾種RNAs 參與了血管生成和能量代謝，并建立了內(nèi)源性競爭RNA 調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，提出了藏雞胚胎非編碼RNA 參與低氧適應(yīng)的調(diào)控途徑。

此外，張?jiān)鰳s等[24]成功構(gòu)建了ceRNAs 網(wǎng)絡(luò)，獲得了42 條與能量代謝相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)通路。該研究表明，藏雞在缺氧條件下的適應(yīng)性并非單一途徑所能實(shí)現(xiàn)，而是通過協(xié)調(diào)多個(gè)miRNAs 的表達(dá)變化，從而引發(fā)不同的靶基因和代謝途徑，這一發(fā)現(xiàn)為探究生物在缺氧條件下的適應(yīng)性提供了全新的思路。

2.3 蛋白質(zhì)組的低氧適應(yīng)

茍文鈺等[25]采用差異蛋白質(zhì)組學(xué)方法研究了藏雞胚和壽光雞胚血漿中的差異蛋白。結(jié)果表明，在缺氧條件下，藏雞胚血漿中轉(zhuǎn)鐵蛋白A 鏈、載脂蛋白A-I、免疫球蛋白重鏈的含量高于壽光雞胚，而視黃醛結(jié)合蛋白4 含量降低，從而表現(xiàn)出更強(qiáng)的低氧適應(yīng)性。

Zhang 等[26]對藏雞和茶花雞胚胎的心臟組織進(jìn)行了蛋白質(zhì)組學(xué)研究，成功鑒定出4 210 個(gè)正表達(dá)蛋白，發(fā)現(xiàn)其中6 個(gè)差異蛋白與氧化應(yīng)激、能量代謝和組織發(fā)育有關(guān)，并被確定為藏雞胚胎適應(yīng)高海拔低氧環(huán)境的重要候選蛋白。

胚胎絨毛尿囊膜，也是藏雞在適應(yīng)低氧環(huán)境時(shí)的重要器官組織。Zhang 等[27]分析了藏雞和茶花雞胚胎絨毛尿囊膜組織的蛋白質(zhì)組，發(fā)現(xiàn)差異表達(dá)的蛋白主要集中在以下幾個(gè)區(qū)域：血管生成、血管發(fā)育、血液循環(huán)以及VEGF 信號通路中，這些差異蛋白維持了藏雞胚胎絨毛尿囊膜血管系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能的穩(wěn)定性，從而更好地適應(yīng)缺氧環(huán)境。

3 展望

藏雞是青藏地區(qū)的地方品種，肉質(zhì)鮮美，口感極佳，且雞蛋營養(yǎng)豐富。然而，藏雞的生長速度緩慢，群體飼養(yǎng)難度大，產(chǎn)蛋率也相對較低，而引入高品質(zhì)低地雞品種已成為主要措施。由于高原低氧環(huán)境對低地雞品種的不利影響，深入探究藏雞在缺氧環(huán)境下的適應(yīng)機(jī)制顯得尤為緊迫。然而目前關(guān)于藏雞適應(yīng)高原低氧環(huán)境的研究還不夠系統(tǒng)完善，未來應(yīng)該進(jìn)一步深入研究藏雞適應(yīng)低氧環(huán)境的分子機(jī)制，從而為培育優(yōu)良的新品種提供理論支持。