牦牛和藏黄牛低氧适应的血液、血流生理及分子机制

牦牛和藏黄牛是具有不同高原定居时间的绝好的低氧适应研究模式动物。目前高原民族和动物低氧适应研究热点集中于氧运输能力生理和低氧诱导因子（HIF）调控通路基因。本研究拟选择牦牛、藏黄牛、高原移居黄牛和平原黄牛作对照研究，大样本测定血红蛋白和血流速度相关生理指标；全面筛选HIF调控通路受到低氧正选择的基因和标签SNP(TagSNP)；检测这些基因低氧适应性mRNA和蛋白表达谱；对TagSNP通过MassARRAY进行大样本SNP分型，结合生理指标，剖分低氧正选择位点遗传效应；最后对调控位点和编码位点进行功能分析和预测。研究结果旨在揭示牦牛和藏黄牛低氧适应的血液和血流生理表征、HIF调控通路基因低氧适应的表达调控机制和寻找低氧正选择基因和位点。结果可以为高原低氧适应、低氧相关疾病等基础领域积累生理和分子资料；为快速、准确选育既耐低氧又高产的藏系杂优畜种提供分子标记。

本研究选择高原短期适应的藏黄牛和高原长期适应的牦牛为研究对象，首先，开展滇藏线连续海拔牛种血液生理指标测定，揭示藏黄牛和牦牛低氧适应的生理机制；其次，开展低氧诱导因子（HIF）调控通路基因的候选分析，筛选该通路基因的功能位点；最后通过全基因组重测序筛选高、低海拔黄牛低氧调控相关SNP。经过四年的时间，预期工作任务顺利完成，并紧跟技术前沿，完成了牛全基因组低氧正选择基因筛选的前期工作。主要研究成果如下。. （1）在高原低氧环境下，藏黄牛和牦牛有不同的低氧适应机制。通过测定滇藏线连续海拔16个本地群体共1296头牛血液生理指标，结果显示：藏黄牛通过减少红细胞数，增加红细胞体积，保证运氧能力，但藏黄牛血液流阻、红细胞聚集性和红细胞变形性指标均趋恶化；牦牛具有高的血红蛋白浓度保证氧的供应，而牦牛具有较高的红细胞变形性、较低的血浆粘度和较低的纤维蛋白原，从而有效的降低了血液流阻和全血粘度。. （2）候选基因分析：选择低地版纳黄牛、迪庆藏黄牛、迪庆牦牛各30头进行候选基因SNP初筛，针对有意义SNP，扩大样本检测西藏措美牦牛100头，迪庆牦牛100头，迪庆藏黄牛100头，版纳黄牛100头继续验证SNP位点。在检测的8个血红蛋白亚基基因中，牦牛血红蛋白beta亚基基因中发现氨基酸突变（Thr-β48-Ser、Ala-β133-Thr），通过血红蛋白三级结构同源预测结果表明，这两个氨基酸突变导致了血红蛋白外侧亲水性增加，增强了牦牛血红蛋白的稳定性和氧亲和力。通过对EPAS1基因进行SNP初步筛选，在牦牛EPAS1基因编码区发现15个SNP位点，所有SNP均为牦牛优势突变位点；6个位点为错义突变，这些变异均为牦牛独有并几于固定，未进行生理关联分析。针对牦牛EPAS1基因潜在低氧SNP，测定其mRNA和蛋白表达量，牦牛EPAS1基因mRNA表达量无明显变化，提示牦牛EPAS1非编码区变异可能无调控功能效应。而藏黄牛发生的独有变异为外显子9上的P362L变异，但未检测出其SNP与血液生理指标的关联性。. （3）针对高原低氧适应的复杂机理，候选基因思路具有盲目性，通过对19头藏黄牛和10头德宏黄牛全基因组重测序，从全基因组水平筛选到系列群体分化基因，主要集中于低氧诱导调控通路，为后续低氧正选择基因和功能位点发掘奠定了基础。基因组结果待发表。