藏獒低氧适应的种群历史、生理表征及其相关基因功能位点研究

Tibetan mastiff, as an age-old dog indigenous to Qing-Zang plateau, is representative model animal on hypoxia adaptation. The population history, physiological representation and genetic mechanism associated with hypoxia adaptation in Tibetan mastiff remain unclear. Our previous work have determined blood physiological index including 275 Tibetan mastiffs and 248 local dogs in Tea-horse Ancient Road. Based on these work, on one hand, collect large samples including Tibetan mastiffs of different altitude in Tibetan and dogs of different altitude on Tea-horse Ancient Road to reveal the habitation time. On the other hand, examine physiological index such as SaO2, Hb, RBC, HCT and blood flow velocity with a large size to reveal physiological representation adaptable to hypoxia. Finally, clone genes regulated by HIF-1 to screen haplotypes and TagSNPs, and determine genetypes of TagSNPs with a large sample using MassArray to analyze the genetic effects of SNPs and uncover functional sites of direct selection genes under hypoxia. The results in this study could provide physiological and molecular data for hypoxia studies and hypoxia sickness, and could be important to conservation and pure breeding of Tibetan mastiff.

藏獒作为高原古老的犬种，是典型的低氧适应模式动物。课题组已初步测定275个藏獒和茶马古道248个土著犬种血液生理指标。本研究在此基础上，一方面，继续大样本采集藏区藏獒以及茶马古道主要土著犬种，通过线粒体DNA（mtDNA）和Y染色体多态分析揭示藏獒种群历史；另一方面，继续大样本测定血氧饱和度（SaO2）、血红蛋白浓度（Hb）、红细胞数（RBC）、红细胞压积（HCT）和血流速度等生理指标，明确藏獒低氧适应的血液学和血流动力学生理表征；最后，通过克隆低氧诱导因子-1（HIF-1）调控通路基因，筛选低氧正选择单倍型（haplotype）和标签SNP（TagSNP）；通过MassArray进行大样本高通量TagSNP分型，剖析SNP分子遗传效应，发掘低氧正选择基因的功能位点。研究结果可以为高原低氧适应性研究和低氧相关疾病研究提供生理和分子基础资料，同时对藏獒保种和纯种繁育具有重要意义。

藏獒是典型的高原适应动物，本研究选择藏獒（TM，3500米）、迪庆本地犬（DQ，3500米）、德宏本地犬（YJ，500米）、丽江本地犬（LJ，2500米）、昆明犬（KM，1500米）和德国牧羊犬（GS）各10只，通过Hiseq2500全基因组重测序（10层），基于全基因组SNP进行聚类分析，构建6个群体主成分分析、NJ无根树和群体结构图，结果表明，藏獒具有独立的遗传背景，与其他群体种群分化明显；通过1665只茶马古道土著犬种大样本血液和血流生理指标测定，并设计藏獒和宠物犬的世居与移居群体两因素交叉生理实验，结果一致表明藏獒具有降低血红蛋白浓度和血液流阻的血液生理效应；克隆藏獒血红蛋白（HBA, HBB）、低氧诱导因子-1α（HIF-1α）、低氧诱导因子-2α（EPAS1）、脯氨酸羟化酶2（EGLN1）、促红细胞生成素（EPO）、促红细胞生成素受体（EPOR）、一氧化氮合成酶（NOS）、内皮素受体A（ENDRA）、AMP激活蛋白激酶A1催化亚基（PRKAA1）和血管内皮生长因子（VEGF）等血液和血流相关基因，在EPAS1和HBB基因发现基因频率优势位点，遗传分析证据表明：藏獒血红蛋白Beta（HBB）基因Gly-α13-Ser和Leu-α14-Met为低氧正选择位点，该位点导致血红蛋白亲水性增强，增加血红蛋白稳定性，血氧亲和力增加，通过藏獒EPAS1全基因（88080 bp）SNP发掘筛选到正选择位点G305S，该变异对PAS-B结构域有热稳定作用，具有降低血红蛋白浓度和血液流阻的遗传效应，与生理实验结果一致。.明确藏獒低氧适应生理表征，发掘藏獒低氧适应功能基因，筛选低氧正选择单倍型和功能位点，可以为高原民族和高原动物低氧适应性研究、高原疾病研究和癌症及烧伤等低氧相关疾病研究提供生理和分子基础资料。