★ 高原鼢鼠肉堿棕櫚?；D移酶基因的進化和表達

杜  波1,2，胡慶飛1,2，馬  凡1,2，魏登邦1，安志芳1*

（1. 青海大學省部共建三江源生態(tài)與高原農(nóng)牧業(yè)國家重點實驗室，西寧，810016；2. 青海大學生態(tài)環(huán)境工程學院，西寧，810016）

論文摘要

為深入了解高原鼢鼠的高原適應性的生物學基礎，應用生物信息學相關軟件分析高原鼢鼠（Eospalax baileyi）肉堿棕櫚酰基轉移酶1A（carnitine palmitoyl transferase 1A，CPT-1A）基因序列的同源性和趨同進化位點，利用qRT-PCR方法測定不同海拔條件下（3 700 m和2 700 m）高原鼢鼠肝臟、骨骼肌和脂肪組織中CPT-1A基因的表達水平。結果表明：高原鼢鼠CPT-1A基因與盲鼴鼠（Nannospalax galili）的同源性最高；高原鼢鼠、盲鼴鼠、裸鼴鼠（Heterocephalus glaber）3種地下鼠CPT-1A存在明顯的趨同進化位點；隨著海拔的升高，高原鼢鼠背部脂肪組織中CPT-1A基因表達水平顯著升高；不同組織之間的比較發(fā)現(xiàn)，肝臟組織中CPT-1A基因表達量最高。以上結果提示，高原鼢鼠CPT-1A基因在進化過程中形成了特定的適應性突變，低氧上調高原鼢鼠脂肪組織中CPT-1A基因的表達，這可能與高原鼢鼠適應地下寒冷、低氧、高二氧化碳濃度的洞道生境有關，是高原鼢鼠適應地下洞道生境的分子機制之一。

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高原鼢鼠（Eospalax baileyi）是青藏高原特有的地下鼠，終生生活在完全黑暗且封閉的地下洞道中。為適應這種地下極端的生存環(huán)境，高原鼢鼠在形態(tài)、生理和分子水平上表現(xiàn)出特有的高原適應性，其脂肪酸β-氧化、線粒體呼吸鏈、能量代謝等相關基因產(chǎn)生了顯著的正向選擇和高表達。

肉堿棕櫚酰轉移酶（carnitine palmitoyl transferase，CPT）家族基因在脂肪酸β-氧化的過程中起著至關重要的作用，該家族基因可以促使脂肪酸與肉堿結合后轉移至線粒體中進行β-氧化，國內已有的研究結果顯示，限制生存條件的物種體內CPT-1A的活性強弱、表達含量高低控制著酰基CoA進入線粒體進行氧化代謝的速度，同時影響著體內的脂肪酸β-氧化、線粒體呼吸鏈、能量代謝等過程，對于動物機體獲能、正常生長有著重要影響。本研究利用生物信息學相關軟件對高原鼢鼠CPT-1A基因序列進行分析，利用qRT-PCR測定不同海拔高原鼢鼠的CPT-1A基因在不同組織中的表達水平，以期探討高原鼢鼠CPT-1A基因的進化過程和表達水平差異。這有助于進一步探討高原鼢鼠對低氧、高二氧化碳濃度環(huán)境適應的進化機制和在黑暗環(huán)境中生存的適應策略，對于深入了解高原鼢鼠的高原適應性的生物學基礎具有重要意義。

研究結果：

對構建的CPT-1A核苷酸序列及其編碼的氨基酸序列同源性對比發(fā)現(xiàn)，高原鼢鼠與盲鼴鼠的同源性最高，其次是小家鼠；從進化樹中可以看出，高原鼢鼠CPT-1A與盲鼴鼠進化關系最近，其次是小家鼠和褐家鼠。

● 最大似然法構建的CPT-1A基因核苷酸序列（A）和氨基酸序列（B）的系統(tǒng)進化樹

接著對高原鼢鼠CPT-1A基因進行選擇壓力分析，結果表明，CPT-1A基因有12個潛在的正向選擇位點，分別為46 Leu、74 Gln、183 Met、259 Phe、329 Arg、339 Gln、378 Ser、396 Arg、438 Asn、528 Lys、614 Lys、639 Arg位點，但是使用Null A和model A這2種模型得出的參數(shù)結果差異均不顯著（2ΔlnL=3.20，P=0.2060）。

● 高原鼢鼠CPT-1A基因的似然值、參數(shù)估計和正向選擇位點

CPT-1A序列趨同進化分析結果顯示，86號位點的精氨酸（Arg，R）在同為地下鼠的高原鼢鼠、盲鼴鼠和裸鼴鼠中是共有的趨同進化位點，而在其他被檢物種中，該位點為賴氨酸（Lys，K）；在高原鼢鼠和盲鼴鼠中除了86號位點外，共同存在4處位點，分別為200號位點的組氨酸（His，H）、397號位點的天冬氨酸（Asp，D）、624號位點的賴氨酸（Lys，K）和759號位點的異亮氨酸（Ile，I）。

● CPT-1A系統(tǒng)進化樹和趨同進化位點

通過qRT-PCR測定顯示，CPT-1A基因在低海拔組的高原鼢鼠肝組織中的表達量高于高海拔組的高原鼢鼠肝組織中的表達量，但差異不顯著（P > 0.05）；腹股溝組織中CPT-1A基因的表達水平在不同海拔之間也沒有顯著差異（P > 0.05）；背部脂肪組織中CPT-1A基因的表達水平隨著海拔的升高其表達水平顯著升高（P < 0.05）。在高海拔和低海拔環(huán)境下，CPT-1A基因在肝臟組織中的表達量都顯著高于骨骼肌、背部脂肪和腹股溝脂肪的表達量（P < 0.05），CPT-1A基因在骨骼肌的表達量最低，背部脂肪、腹股溝脂肪的表達量均顯著高于骨骼肌組織（P < 0.05）。

● CPT-1A mRNA在不同海拔下高原鼢鼠組織中的表達量

總之，高原鼢鼠CPT-1A基因與盲鼴鼠的同源性最高；高原鼢鼠、盲鼴鼠、裸鼴鼠3種地下鼠CPT-1A存在明顯的趨同進化位點；低氧上調高原鼢鼠背部脂肪組織中CPT-1A基因的表達水平；高原鼢鼠CPT-1A基因在進化過程中形成了特定的適應性突變，這可能與高原鼢鼠適應地下洞道寒冷、低氧、高二氧化碳濃度的生境有關。

● 基金項目：青海省應用基礎研究計劃項目（2024-ZJ-713）

● 第一作者簡介：杜波（2000—），女，碩士研究生；主要從事動物生態(tài)學研究。E-mail:DuBB084@163.com

● *通信作者：安志芳，E-mail:anzhifang90@126.com