基于比较转录组分析的棕色田鼠低氧适应机制

Oxygen is one of the key resources for biological survival and hypoxia can act on various organs and systems of the organism, resulting in insufficient oxygen supply of the tissue or cell, resulting in the metabolic, functional and morphological structure of abnormal changes, caused by the body's stress response affect the body's growth and development and physiological processes. The biological response to hypoxia is very complex, comparative genomics and sequencing technology, the rapid development of our multi-species genome level studies of the multi-angle hypoxia provides a good opportunity for adaptive evolution. The Mandarin voles, lasiopodomys mandarinus is an excellent animal model for hypoxic tolerance. Unique physiological, functional, and gene structure changes allow Mandarin voles to survive lower oxygen levels than most terrestrial animals. To explore the adaptation mechanisms of Mandarin voles to the hypoxic conditions, the transcriptome in studied. Under hypoxic conditions in the laboratory, the heart, liver, kidney, brain of the Mandarin voles were sampling, and using comparative genomics and sequencing technology, hypoxia adaptation process were elaborated from the three levels of the sequence, expression and metabolic networks of the mandarin voles. The purpose of this study is to reveal the molecular adaptation mechanisms of subterranean rodents to the hypoxic environment.

氧是生物生存的关键资源之一，低氧（hypoxia）可作用于有机体的各个器官和系统，造成组织或细胞的氧供应不足，导致其代谢、功能和形态结构发生异常变化，引起机体的应激反应，影响机体的生长发育和生理过程。生物对低氧的应答非常复杂，比较基因组学（Comparative genomics）和测序技术（Sequencing technique）的飞速发展为我们从基因组层面多物种多角度的研究低氧适应性进化提供了良好的契机。本研究将以棕色田鼠为对象，在实验室内低氧暴露处理，获得组织样品，采用比较基因组学方法和测序技术，从序列、表达以及代谢网络三个水平上阐述棕色田鼠低氧适应过程，目的在于揭示地下鼠对低氧环境适应的分子生物学机制。

环境低氧（Hypoxia）会造成生物体内组织或细胞缺氧，继而引起机体的应激反应，产生生理病理变化并影响生长发育过程。地下鼠长期生活于氧气含量较低的地下洞道系统中，在形态、生理、行为和遗传等方面形成了良好的低氧适应。棕色田鼠（Lasiopodomys mandarinus）终生营地下生活，是一种典型的地下鼠，其近缘种布氏田鼠（L. brandtii）则以地面活动为主，二者是研究地下低氧环境适应的理想对照。本课题通过比较转录组学的方法和测序技术，结合生物信息学、分子生物学、免疫组织化学等方法与技术，对棕色田鼠与布氏田鼠低氧适应机制进行了初步研究。.1)通过构建基于线粒体基因组序列的进化树，确定了棕色田鼠和布氏田鼠的分类地位与亲缘关系: 棕色田鼠与布氏田鼠均隶属于毛足田鼠属，与田鼠属分枝区分明显，与狭颅田鼠和凉山田鼠共同构成单独进化枝；.2)在低氧舱内模拟慢性低氧和急性低氧状态，完成不同氧环境下棕色田鼠和布氏田鼠脑组织转录组de novo测序、组装和注释: 棕色田鼠和布氏田鼠的转录本unigene集各参数均比较相似，可能与二者亲缘关系接近有关；棕色田鼠Nr注释结果中有2%与盲鼹形鼠同源性较高，推测与地下低氧环境适应产生的趋同进化有关；.3)采用比较转录组方法，分析不同低氧处理对棕色田鼠和布氏田鼠脑组织转录组基因表达的影响:与布氏田鼠相比，棕色田鼠对急性和慢性低氧均具有较强的适应能力，分子机制主要包括高效的能量利用、严格的血管生成调控以及多层面的细胞修复与凋亡调节；布氏田鼠具有一定的低氧适应能力，主要表现在低氧时血管生成调控及氧气运输能力的提升，但能量代谢和细胞增殖/凋亡水平的调控少于棕色田鼠，与地面动物常见的低氧应答机制类似。