從品種特性到功能基因組:雙峰駝基因組學(xué)研究進(jìn)展

明 亮,Tuyatsetseg Jambal,吉日木圖*

駱駝是荒漠、半荒漠地區(qū)特有的畜種,是當(dāng)?shù)剞r(nóng)牧民極為重要的奶源、肉源及交通工具,素來(lái)有“沙漠之舟”美稱[1]。駱駝屬于駱駝科動(dòng)物,起源可追溯到始新世時(shí)期(3500萬(wàn)年前)的北美洲,包括駱駝屬、羊駝屬和小羊駝屬[2]。駱駝屬包括雙峰駝(Bactrian camel)和單峰駝(Dromedary),其中雙峰駝主要分布在亞洲中部和東部的沙漠或干旱、寒冷地區(qū);早在4500年前在伊朗北部和土庫(kù)曼斯坦南部地區(qū)被馴化[3]。單峰駝主要分布在阿拉伯、印度及北非等較為炎熱的地帶;大約在5000年前在阿拉伯地區(qū)被馴化[4]。羊駝屬和小羊駝屬的原產(chǎn)地為南美洲,其特點(diǎn)是無(wú)駝峰,也稱為無(wú)峰駝或羊駝、駱馬[5]。駱駝科動(dòng)物的生物學(xué)分類及其分布地區(qū)見圖1。世界上駱駝屬唯一幸存的野生物種-野生雙峰駝(Wild two-humped camel),目前僅存1000峰左右[6-7]。2002年,野生雙峰駝被國(guó)際動(dòng)物保護(hù)同盟(IUCN)提升為極瀕危物種,同大熊貓一樣珍貴。

圖1 駱駝科動(dòng)物的生物學(xué)分類

1 雙峰駝分布及品種分類

雙峰駝被列為蒙古民族的“草原五畜”之一,是最能適應(yīng)沙漠極端氣候的大型哺乳動(dòng)物之一。雙峰駝善于行走在茫茫無(wú)際的沙漠中,是古代絲綢之路上最適合、最主要的運(yùn)輸工具,被譽(yù)為連接?xùn)|西方文化的“橋梁”,也成為了古絲綢之路的不朽象征[8]。雙峰駝分布廣泛,廣闊的沙漠、半沙漠和荒漠草原都是雙峰駝適合的生存環(huán)境。由于地理分7布廣泛,再加之牧民長(zhǎng)時(shí)間的馴養(yǎng)和精心選育,形成了雙峰駝各具特色而又品性優(yōu)良的特點(diǎn),為養(yǎng)駝業(yè)的發(fā)展及駱駝產(chǎn)品的開發(fā)與利用做出了巨大貢獻(xiàn)[9]。

1.1 家養(yǎng)雙峰駝品種分類

中國(guó)是世界上雙峰駝的主要分布區(qū)域之一。根據(jù)2020國(guó)家統(tǒng)計(jì)年鑒,全國(guó)現(xiàn)有駱駝40.5萬(wàn)峰,主要分布在新疆、內(nèi)蒙古、青海、甘肅、寧夏等地,其中內(nèi)蒙古自治區(qū)17.3萬(wàn)峰,新疆維吾爾自治區(qū)18.5萬(wàn)峰,甘肅省3.0萬(wàn)峰,青海省1.7萬(wàn)峰。中國(guó)的雙峰駝屬于乳、肉、絨、役兼用型,毛色多以淺褐色、杏黃色為主。目前,根據(jù)地理位置的分布分別形成了阿拉善雙峰駝(Alxa Bactrian)、蘇尼特雙峰駝(Sonid Bactrian)、青海雙峰駝(Qinghai Bactrian)、塔里木雙峰駝(Tarim Bactrian)和準(zhǔn)噶爾雙峰駝(Junggar Bactrian)五個(gè)品種[10-11](見表1)。

表1 雙峰駝分布及品種特性

蒙古國(guó)的家養(yǎng)雙峰駝屬毛、肉、皮、乳、役兼用型,毛色以棕紅色為主,現(xiàn)存約43.4萬(wàn)峰,主要分布在戈壁地區(qū),包括東部和南部戈壁以及戈壁阿勒泰地區(qū),可占到全國(guó)駱駝總數(shù)的71.2%。此外,8.1%的駱駝群體分布于蒙古國(guó)的平原及戈壁草原地帶;剩余少部分主要集中在東方省、蘇和巴托爾省、庫(kù)蘇古爾省、后杭愛省等山脈地區(qū)。由于地理位置上廣度的分布,蒙古國(guó)境內(nèi)形成了適應(yīng)當(dāng)?shù)貧夂颦h(huán)境的獨(dú)特的駱駝品種,為嘠利賓戈壁紅駝(Galbiin Gobiin Ulaan Bactrian),哈那赫徹棕駝(Heniin Hetsiin Huren Bactrian)和圖赫么通拉嘎駝(Tokhom-tungalag Bactrian)[12-13](表1)。

哈薩克斯坦地處歐亞大陸腹地,東接我國(guó)新疆地區(qū),是世界第一大內(nèi)陸國(guó)。哈薩克斯坦境內(nèi)的荒漠與草地占國(guó)土總面積的80%以上,為駱駝提供了良好的生存環(huán)境,是世界上駱駝分布最集中的國(guó)家之一。與僅有雙峰駝品種的中國(guó)相比,哈薩克斯坦既有雙峰駝,又有單峰駝,駱駝資源豐富。其中,雙峰駝主要以哈薩克雙峰駝品種(Kazakh)為主,主要用于產(chǎn)奶、肉和皮[14](表1)。

1.2 野生雙峰駝群體特性

長(zhǎng)期以來(lái),根據(jù)文獻(xiàn)記載和考查資料,早期野生雙峰駝分布范圍相當(dāng)廣泛,數(shù)量也較多;整個(gè)中亞至西亞東部的低海拔丘陵及平原地區(qū)都是野生雙峰駝的棲息地。但時(shí)至今日,由于人類活動(dòng)的影響及生態(tài)環(huán)境的日益惡化,野生雙峰駝的分布區(qū)域極度縮小,種群數(shù)量也不斷下降。目前,野生雙峰駝孤立分布在我國(guó)新疆塔里木盆地的塔克拉瑪干沙漠、羅布泊北部、阿爾金山北麓、蒙古國(guó)以及中蒙邊境的阿爾泰戈壁地區(qū)[6-7]。野生雙峰駝毛色以淺褐色為主,四肢袖長(zhǎng),喜歡群居,嗅覺及其靈敏,可嗅出1 500 m遠(yuǎn)的水源,這對(duì)于生存在荒野的野生雙峰駝來(lái)說是及為重要的。

2 雙峰駝全基因組特性

相比其他畜種,雙峰駝群體遺傳學(xué)及基因組測(cè)序研究相對(duì)滯后。2007年,Jirimutu等[15]測(cè)定并揭示了國(guó)家一級(jí)保護(hù)動(dòng)物野生雙峰駝的全長(zhǎng)線粒體序列,并說明現(xiàn)存野生雙峰駝和家養(yǎng)雙峰駝具有各自獨(dú)立的母系起源[16],首次打破了“野生雙峰駝是家養(yǎng)雙峰駝的直系祖先”的說法,揭開了雙峰駝遺傳學(xué)研究中最主要的奧秘之一。為了進(jìn)一步探究雙峰駝基因組特性,研究人員進(jìn)行了高深度的denovo測(cè)序,拼接了第一版雙峰駝參考基因組,并繪制了首份基因組草圖[17]。通過拼接共獲得了2.01Gb的基因組序列(contig N50 85.3Kb,scaffold N50 2.0Mb),共注釋出20 821個(gè)蛋白編碼基因;與野生雙峰駝相比,家養(yǎng)雙峰駝基因組外顯子區(qū)域內(nèi)的雜合子率(6×10-4)要顯著低于野生雙峰駝的雜合子率(7×10-4),表明家養(yǎng)雙峰駝基因組中的一些基因受到了人工選擇;同時(shí)又揭示了雙峰駝獨(dú)特的紅細(xì)胞、脂類代謝和重鏈抗體相關(guān)聯(lián)的特異基因的進(jìn)化歷程,為后續(xù)進(jìn)一步深入研究雙峰駝的功能基因組奠定了基礎(chǔ)[17](表2)。

表2 雙峰駝基因組研究比較

隨后,Wu等[2]基于比較基因組學(xué)的方法對(duì)有峰駝(雙峰駝和單峰駝)和無(wú)峰駝(羊駝)基因組進(jìn)行了測(cè)序組裝,進(jìn)一步提升了雙峰駝基因組組裝水平(contig N50 139Kb,scaffold N50 8.8Mb);且群體歷史規(guī)模分析顯示三個(gè)物種的群體規(guī)模與地質(zhì)年代變化密切相關(guān),表明有峰駝和無(wú)峰駝祖先分歧時(shí)間大約發(fā)生在1700萬(wàn)年前,單峰駝和雙峰駝分歧時(shí)間發(fā)生在440萬(wàn)年前。進(jìn)一步,從比較基因組層面剖析了駱駝科動(dòng)物的沙漠適應(yīng)性機(jī)制,并發(fā)現(xiàn)了一系列與雙峰駝沙漠適應(yīng)性相關(guān)的新基因[2]。此外,基于線粒體序列的雙峰駝群體基因組學(xué)的研究發(fā)現(xiàn),中國(guó)、蒙古國(guó)和俄羅斯地區(qū)的家養(yǎng)雙峰駝群體屬于單母系起源,且不同地理位置之間的雙峰駝群體之間存在基因滲入情況[18-20]。

為了進(jìn)一步提升雙峰駝基因組組裝質(zhì)量,Ming等[21]利用二代、三代及Hi-C(高通量染色體構(gòu)象捕獲技術(shù))輔助組裝相結(jié)合的測(cè)序策略,組裝獲得了連續(xù)性好、準(zhǔn)確度高的染色體水平的野生雙峰駝基因組精細(xì)圖譜,其基因組大小為2.09 Gb,組裝的Contig N50和Scaffolds N50分別達(dá)到了5.37 Mb和76.03 Mb。為雙峰駝功能基因組的研究提供了較完整、全面的染色體水平的參考序列(表2)。

3 雙峰駝的起源與進(jìn)化的基因組學(xué)研究

家養(yǎng)動(dòng)物的起源與馴化一直是考古學(xué)家和動(dòng)物遺傳學(xué)家共同關(guān)注的熱點(diǎn)問題之一,其研究的核心是野生祖先的來(lái)源,起源地及馴化時(shí)間等。根據(jù)古生物學(xué)家發(fā)現(xiàn)的地質(zhì)化石資料,雙峰駝是由始新時(shí)期(距今約5 500萬(wàn)年)的原柔蹄類動(dòng)物進(jìn)化而來(lái);約在200萬(wàn)年前,雙峰駝從北美發(fā)源地一路遷徙,渡過白令海峽進(jìn)入歐亞大陸,并在此大量擴(kuò)散[23]?？脊艑W(xué)家發(fā)現(xiàn),在伊朗北部和土庫(kù)曼斯坦南部地區(qū)出土的雙峰駝化石,是現(xiàn)存最早的雙峰駝化石,表明此地是雙峰駝最早的馴化地,馴化時(shí)間可追溯到距今4 500年前[24]。然而,對(duì)出土的考古材料并未進(jìn)行遺骸形態(tài)測(cè)量和種屬鑒定,不確定早期發(fā)現(xiàn)的駱駝化石是經(jīng)過馴化的雙峰駝還是現(xiàn)存的野生雙峰駝。

隨著現(xiàn)代分子生物學(xué)技術(shù)與分子系統(tǒng)學(xué)理論的飛速發(fā)展,使人們可以直接在分子水平上追蹤家養(yǎng)動(dòng)物起源與進(jìn)化歷程,為人們探索動(dòng)物的起源與馴化時(shí)間和地點(diǎn)提供了新途徑。研究人員通過線粒體基因組的研究揭示了家、野雙峰駝的分歧關(guān)系,其分化時(shí)間發(fā)生在70萬(wàn)年前[15]。與此同時(shí),基于全基因組學(xué)的研究表明,家、野雙峰駝分離時(shí)間發(fā)生在43萬(wàn)年前,晚于線粒體基因組研究的結(jié)果[25]。此外,在不同地理位置的家養(yǎng)雙峰駝群體中,伊朗雙峰駝群體具有最高的遺傳多樣性,且群體TreeMix分析顯示伊朗雙峰駝最先從家養(yǎng)雙峰駝群體中分離出來(lái),分歧時(shí)間大約在4 450年前,推測(cè)伊朗是家養(yǎng)雙峰駝可能的馴化地區(qū);隨后,大約2 400年前,雙峰駝向東路線到達(dá)蒙古高原,形成了表型特征各異的不同品種或類型[25]。雙峰駝遷徙路線見圖2。

圖2 雙峰駝遷徙路線[21]

4 雙峰駝功能基因組研究進(jìn)展

4.1 沙漠適應(yīng)性基因的研究

經(jīng)過長(zhǎng)期的自然選擇和人工馴化,雙峰駝適應(yīng)荒漠地區(qū)的嚴(yán)寒、酷熱、干旱、多鹽、缺草等惡劣自然條件,使其形成了獨(dú)特的體貌特征和沙漠環(huán)境適應(yīng)能力,如耐寒(戈壁沙漠地區(qū)冬季最低溫度可達(dá)零下40 ℃以下)、耐熱(夏季中午時(shí)氣溫可達(dá)37～42 ℃,沙面溫度可達(dá)65～75 ℃)、耐脫水(脫水達(dá)到體重的30%,仍能維持自身的基礎(chǔ)代謝)、耐高鹽、體溫調(diào)節(jié)能力(體溫晝夜溫差可達(dá)7 ℃)、獨(dú)特的解毒能力等[26]。以上獨(dú)特的生物學(xué)特性具有基因組學(xué)基礎(chǔ),使得雙峰駝更能適應(yīng)極端的沙漠環(huán)境[17,27-28]。

4.1.1 能量代謝相關(guān)功能基因的研究 能量的代謝和儲(chǔ)存對(duì)于食物匱乏的沙漠地區(qū)的駱駝而言是至關(guān)重要的。Jirimutu等[17]在雙峰駝基因組中共檢測(cè)到了2 730個(gè)快速進(jìn)化基因,主要富集在糖脂代謝、胰島素信號(hào)通路和脂肪細(xì)胞因子信號(hào)通路中,推斷以上快速進(jìn)化基因與雙峰駝能量?jī)?chǔ)存和生產(chǎn)密切相關(guān)。通過功能注釋發(fā)現(xiàn),雙峰駝基因組中與能量、葡萄糖和脂肪代謝類別(GO:0006200、GO:0016887、GO:0042626、GO:0006869)中的很多基因都進(jìn)行了快速進(jìn)化,進(jìn)而增強(qiáng)了雙峰駝脂肪儲(chǔ)存和產(chǎn)生能力。與此同時(shí),雙峰駝體內(nèi)與DNA損傷和修復(fù)(GO:0006974、GO:0003684、GO:0006302)、細(xì)胞凋亡(GO:0006917、GO:0043066)和蛋白質(zhì)穩(wěn)定性(GO:0050821)相關(guān)類別中的基因完成了快速進(jìn)化,為雙峰駝耐受嚴(yán)寒酷熱的沙漠環(huán)境給予了基因組學(xué)方面的證據(jù)[2]。

4.1.2 水代謝相關(guān)功能基因的研究 雙峰駝耐脫水能力與其適應(yīng)干旱的沙漠環(huán)境是密不可分。水通道蛋白家族是選擇性的水通道,在水的重吸收和代謝中起著重要作用。黃祖賢[29]研究發(fā)現(xiàn),水通道蛋白AQP1和AQP2在雙峰駝腎臟中均有高水平的表達(dá),使得雙峰駝腎小管管壁細(xì)胞的水通透性極大增強(qiáng),進(jìn)而加強(qiáng)了腎臟組織的水代謝能力。Wu等[2]研究發(fā)現(xiàn),雙峰駝腎皮質(zhì)和腎髓質(zhì)中水通道蛋白AQP1、AQP2和AQP3是表達(dá)差異最大的3個(gè)基因,這些基因可以使其在缺水的環(huán)境中更有效地吸收水分。王進(jìn)寶[30]研究發(fā)現(xiàn),雙峰駝腎臟抗利尿激素V2型受體(V2R)可介導(dǎo)產(chǎn)生一系列的信號(hào)級(jí)聯(lián),最終導(dǎo)致雙峰駝腎皮質(zhì)和腎髓質(zhì)集合管上皮細(xì)胞AQP2和AQP3的mRNA和蛋白質(zhì)水平出現(xiàn)上調(diào),從而加強(qiáng)了對(duì)原尿中水分的重吸收。

研究發(fā)現(xiàn),禁水脅迫條件下的雙峰駝腎臟組織通過下調(diào)ATP檸檬酸合酶和血紅蛋白亞基β的基因表達(dá)來(lái)降低細(xì)胞呼吸和新陳代謝,同時(shí)上調(diào)聚結(jié)合蛋白2的基因表達(dá)來(lái)增強(qiáng)細(xì)胞的抗氧化能力,進(jìn)而起到抗干旱的作用[31-32]。此外,對(duì)禁水脅迫條件下的雙峰駝腎髓質(zhì)組織中共檢測(cè)到了17個(gè)差異顯著的mRNA和26個(gè)microRNA(miRNA),并通過分析發(fā)現(xiàn)下調(diào)的ACLY和LOC105061856、上調(diào)的PCBP2和miR-195以及靶向的LOC105061856和PCBP2是雙峰駝在禁水條件下水調(diào)節(jié)作用的重要功能基因[33]。

4.1.3 獨(dú)特的細(xì)胞色素P450酶系 細(xì)胞色素P450酶(CYP)是一種氧化酶,其同工酶參與藥物、致癌物、類固醇激素和脂肪酸的氧化代謝,其中與外源化合物(包括藥物)相關(guān)的主要有CYP1A、2A、2B、2C、3A等[34],它們參與氧化、還原、水解等反應(yīng),對(duì)外源化合物有的起代謝解毒作用,有的則起代謝活化作用[35]。

戈壁荒漠中旱生鹽生植物較多,且很多植物苦澀干硬、含有一定的毒性。一般家畜如牛、羊等盡量避開這些植物,一旦采食,輕則大病一場(chǎng),重則不治而亡。而駱駝喜食這些植物,且不會(huì)產(chǎn)生不適應(yīng)癥狀,這表征了駱駝另外一種沙漠適應(yīng)能力,即耐鹽、解毒能力。對(duì)雙峰駝細(xì)胞色素P450基因家族注釋分析發(fā)現(xiàn),雙峰駝具有63個(gè)拷貝數(shù)的CYP基因,分別被注釋到了17個(gè)基因家族和38個(gè)亞基因家族中;參與到了18個(gè)代謝途徑中,并在脂質(zhì)代謝和外源物質(zhì)的代謝過程中起到重要作用[36]。在參與代謝的P450基因中,CYP2E(2個(gè)拷貝)和CYP2J(11個(gè)拷貝)的拷貝數(shù)明顯高于其它家畜,如牛和馬[17,36]。CYP2E和CYP2J有助于將花生四烯酸轉(zhuǎn)化為19(S)-羥基二十碳四烯酸,而此物質(zhì)是腎臟腎小球血管的一種潛在血管擴(kuò)張劑,可刺激水的再吸收,進(jìn)而調(diào)節(jié)雙峰駝體內(nèi)的水鹽平衡[37-38]。研究還發(fā)現(xiàn),CYP2J2基因的表達(dá)受高鹽飲食的調(diào)節(jié),使得雙峰駝攝入大量鹽而不患高血壓[39]。雙峰駝具有6個(gè)拷貝的CYP3基因,都屬于CYP3A亞科,其主要功能是中和有毒物質(zhì)[40-41],并以尿液的方式從體內(nèi)排出。因此,推測(cè)雙峰駝體內(nèi)的解毒能力與其含有更多拷貝數(shù)的CYP3基因有關(guān)。

4.1.4 駱駝嗜鹽相關(guān)功能基因的研究 戈壁荒漠淡水資源缺乏,鹽堿湖相對(duì)較多的自然環(huán)境促使駱駝形成了嗜鹽的生理特性,且需鹽量是其他家畜的6～8倍。研究發(fā)現(xiàn),高鹽誘導(dǎo)下雙峰駝皮質(zhì)細(xì)胞通過調(diào)控AVPR1A、SOS、SGK1、TGFB1、TLR2等基因,并激活鈣離子、JAK-STAT和MARK信號(hào)通路,適應(yīng)高鹽的內(nèi)環(huán)境[42]。同時(shí),在鹽脅迫條件下的雙峰駝回腸和肝臟組織中篩選到的顯著差異表達(dá)基因(MUC6、AQP5、PKP4、CDH11、TENM1、PLIN2、UPP2)可減少水分流失、抑制鈉的過量輸入、改善保護(hù)屏障和鈉離子穩(wěn)態(tài)以及維持尿苷含量,進(jìn)而使得駱駝耐受高鹽[43]。對(duì)鹽脅迫條件下的駱駝腎髓質(zhì)轉(zhuǎn)錄組分析中共發(fā)現(xiàn)了22個(gè)差異表達(dá)的mRNA、2個(gè)長(zhǎng)鏈非編碼RNA(lncRNA)和31個(gè)miRNA;進(jìn)一步,使用熒光原位雜交和雙熒光素酶報(bào)告基因分析,發(fā)現(xiàn)lncRNA LNC003834可以結(jié)合miRNA-34a,從而減輕鹽吸收抑制SLC14A1基因的表達(dá)[44]。

4.2 駱駝高血糖調(diào)節(jié)基因研究

血糖水平高、胰島素不敏感是駱駝的一個(gè)重要生理特性。正常狀態(tài)下,駱駝的血糖水平(7.1±0.3 mmol/L)比其他反芻動(dòng)物(2.5～3.5 mmol/L)高兩倍,比單胃動(dòng)物(3.5～5.0 mmol/L)高1～1.5倍[45]。而其血液胰島素含量(5±1 μU/mL)相對(duì)于羊(12±2 μU/mL)和馬(7±1 μU/mL)較低,且駱駝血液中葡萄糖含量下降也較羊和馬慢[46]。然而,在高血糖低胰島素情況下,駱駝不會(huì)出現(xiàn)不適或病變反應(yīng),說明其體內(nèi)存在特殊的糖轉(zhuǎn)運(yùn)和代謝活力的功能基因。

駱駝全基因組的研究發(fā)現(xiàn),一些明顯的快速進(jìn)化基因富集到了胰島素信號(hào)通路和II型糖尿病代謝通路中,推測(cè)這些基因有助于維持駱駝體內(nèi)高濃度的血糖水平[17]。在禁水條件下,駱駝腎髓質(zhì)中參與糖酵解的基因、葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)相關(guān)的功能蛋白等顯著上調(diào)表達(dá),說明駱駝體內(nèi)通過以上蛋白/基因的表達(dá)來(lái)提高葡萄糖的轉(zhuǎn)運(yùn)效率[2]。在高糖誘導(dǎo)下的雙峰駝腎皮質(zhì)細(xì)胞中共發(fā)現(xiàn)了458個(gè)差異表達(dá)基因,其中上調(diào)的基因包括鈣調(diào)素依賴性蛋白激酶IIβ(CAMK2β),aA-晶體蛋白(CRYAA)和泛酰巰基乙胺酶(VNN1);同時(shí),激活了一些參與控制糖尿病和腎病的重要通路,如PI3K-Akt、AGE-RAGE、TGF-β、NF-kB等信號(hào)通路[42],為進(jìn)一步了解雙峰駝特殊的糖代謝途徑,解釋其在極端環(huán)境下極強(qiáng)生存能力的分子機(jī)制提供參考。

4.3 駱駝免疫基因的研究

駱駝科動(dòng)物在進(jìn)化過程中不僅形成了許多適應(yīng)沙漠極端環(huán)境的生理特性,也形成了非常獨(dú)特的免疫系統(tǒng)。眾所周知,哺乳動(dòng)物的常規(guī)IgG抗體都是由兩條重鏈和兩條輕鏈肽段組成的四聚體。但是在1993年,Hamers-Casterman等[47]在駱駝中發(fā)現(xiàn)了僅由兩條重鏈組成的二聚體IgG抗體,為重鏈抗體(heavy-chain antibody)。雖然缺失輕鏈的抗體在人類的遺傳病和小鼠的基因改造中也被獲得過,但它們都喪失了抗原結(jié)合能力[48]。迄今為止,駱駝科是唯一被發(fā)現(xiàn)的可以產(chǎn)生具有生物活性的重鏈抗體的哺乳動(dòng)物[49],在美洲駝(如羊駝)血清中的比例僅為10%～25%,而在單峰駝和雙峰駝血清中的比例高達(dá)50%～80%[50],說明其在駱駝進(jìn)化過程中受到了較強(qiáng)的自然選擇。

對(duì)雙峰駝抗體編碼基因的研究表明,其具有17個(gè)重鏈可變區(qū)(VH)、7個(gè)多變區(qū)(DH)、6個(gè)連接區(qū)(JH)和10個(gè)固定區(qū)(CH)。駱駝抗體基因與編碼常規(guī)抗體的基因有兩個(gè)明顯不同。首先,重鏈抗體的IGHV基因(稱為IGHVH)在FR2區(qū)的四個(gè)位置發(fā)生了標(biāo)志性的氨基酸替換,大多數(shù)替換方式為Val42Phe/Tyr、Gly49Glu、Leu50Arg/Cys和Trp52Gly/Leu[51]。其次,在恒定區(qū)基因中,編碼重鏈抗體的IGHG2和IGHG3基因在CH1外顯子處發(fā)生了剪切位點(diǎn)突變(GT->AT),導(dǎo)致與輕鏈相連的CH1區(qū)域缺失[52]。初步的試驗(yàn)研究表明,雙峰駝血清中的IgG主要以重鏈抗體的形式存在[53],但是雙峰駝分子數(shù)據(jù)的匱乏嚴(yán)重限制了其研究和開發(fā)。2012年,駱駝基因組草圖首次得到了雙峰駝IGHV-D-J-C的部分基因序列,但連續(xù)性較差[17]。隨后,在連續(xù)性較好的基因組中揭示了雙峰駝IGHV-D-J-C的完整結(jié)構(gòu)[21]。與羊駝比較,雙峰駝IGHD-J-C基因序列都非常保守,但在IGHV區(qū)域存在比較大的序列分化。

5 小 結(jié)

縱觀人類歷發(fā)展史,駱駝在運(yùn)輸、貿(mào)易、戰(zhàn)爭(zhēng)、農(nóng)耕、文化交流等方面發(fā)揮了不可替代的作用,極大地促進(jìn)了人類文明的交流與社會(huì)的進(jìn)步。近年來(lái),有關(guān)雙峰駝品種分類、基因組的研究不斷涌現(xiàn),為保護(hù)瀕危的野生群體、揭示家養(yǎng)品種種質(zhì)特性和遺傳資源保護(hù)具有重大意義。本文概括了世界主要的雙峰駝品種特性與分布,介紹了駱駝全基因組特性、起源馴化歷程,并從功能基因組層面挖掘雙峰駝獨(dú)特的生物學(xué)特性。下一步,深入探究雙峰駝生產(chǎn)性能相關(guān)的基因(如產(chǎn)奶、產(chǎn)肉),并對(duì)篩選到的基因進(jìn)行功能研究將是今后工作的重點(diǎn),最終為明晰雙峰駝的種群特性、提高生產(chǎn)性能奠定理論基礎(chǔ)。