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藏鸡胚胎低氧适应的血红蛋白分子机制

苟潇  
【摘要】:藏鸡能在4200米以上海拔正常繁衍生息,但低地鸡在模拟4200米海拔(12.0%O_2)条件下孵化却只有3.0%的孵化率。在两品种全期低氧和阶段低氧模拟孵化实验中,4200米全期低氧揭示4-11天是隐性白与藏鸡阶段存活率相差最悬殊的阶段,12-21天相差极显著,1-3天相差不显著。但4200米阶段低氧只能造成两品种孵化率显著差异而并不足以造成低氧阶段间阶段死亡率显著差异,结果显示藏鸡具有优越的克服低氧损害后期不良影响的能力。 对藏鸡和隐性白鸡血红蛋白7条链全部编码序列进行多态分析,筛选到α~D链编码基因的一个低氧功能突变位点(Met-32D(B13)-Leu)。该突变基因为藏鸡独有,其频率随着海拔升高而升高。而且该突变基因频率越高的群体,孵化率越高。以鸡的HbD晶体为模板,对突变血红蛋白结构和功能进行了同源预测,结果表明Leu替代Met提供了一个更疏水环境,有利于血红素的稳定,从而提高了血红蛋白的血氧亲和力。 对高地藏鸡和低地隐性白鸡种蛋进行全期低氧模拟孵化(12%O_2),采集3-8天全胚样品和9-18天全血样品。通过荧光定量PCR检测全部7个珠蛋白以及低氧诱导因子HIF-1α的阶段表达谱。结果显示,两品种在低氧条件下,在胚胎前期3-8天全胎样品中成年类型主要珠蛋白α~A和β由于低氧诱导异常超量表达成为主要珠蛋白,而胚胎型主要珠蛋白π和ρ在低氧诱导下成为次要珠蛋白,次要珠蛋白ε成为主要蛋白;在两品种9-18天血液样本中,α~A和β仍然大量表达,次要蛋白β~H和α~D也大量表达。在孵化全期藏鸡血红蛋白表达量成倍高于隐性白鸡。 在极端缺氧的条件下,各个珠蛋白量的大幅增加是藏鸡耐低氧重要的血红蛋白机制,是藏鸡特有的。藏鸡α~D亚基Met-32D(B13)-Leu突变在胚胎3-8天和常氧一样少量表达,并没发挥耐低氧优势,其优势体现在9天以后和成年期。高亲和力的HbP也没有起作用,低亲和力的HbE却超量表达,体现出极端低氧低亲和力适应。3-8天是低氧耐受最关键的时期,与阶段孵化结果和HIF-1α表达相互印证。从表达高峰时间上看,HIF-1α应该直接参与了3-8天红细胞提前转换和珠蛋白低氧开关机制以及藏鸡高血红蛋白量的调控,可能与EPO、GATA-1、GATA-2、SP1、Y、NF1及NFE4等转录调控因子相互作用。 首次报道高原雉鸡发生突变α~D亚基Met-32D(B13)-Leu。低地雉鸡和高地雉鸡属于不同的亚种,亚种间出现和藏鸡与低地鸡相同的突变和相似的突变频率,这一结果如果再扩大样本加以证实,那将有力支持藏鸡高原起源观点。


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