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藏猪β-珠蛋白基因与其低氧遗传适应的关系

杨会强  
【摘要】: 藏猪生活在海拔2500~4300m的青藏高原半山区,因其具有很好的耐粗性与抗逆性、皮薄、肉质鲜美、脂肪沉积能力强等特征,是藏族地区人民不可缺少的生活资料,然而近年来,由于人们对于高生长率、高饲料转化率等的追求,使得藏猪的数量急剧减少。由于自然及历史的原因,藏猪保持了较为纯正的遗传特性,是唯一能够适应高原低氧环境的猪种,属于珍惜的遗传资源,从分子生物学的角度探索藏猪低氧适应的遗传机制,运用现代生物技术对藏猪低氧适应相关基因进行研究,将对藏猪遗传资源的保护、开发和利用提供非常重要的理论基础,并可对探索有效防治人类低氧损伤、促进低氧适应的医学措施具有重要的借鉴意义。 血红蛋白在机体对氧的结合、贮存、运输与释放中具有非常重要的生理作用,对它进行结构、功能等方面的研究已经成为探索低氧遗传适应领域的重要内容,随着生命科学和生物学技术的发展,越来越多的研究集中在从分子水平上对其编码基因的研究上。β-珠蛋白基因是编码血红蛋白的亚基之一,本实验从以下几个方面对其进行了研究: 首先,本实验以民猪(MN)、莱芜黑猪(LB)、阳新猪(YX)、五指山猪(WZ)以及鄂西黑猪(EB)5个平原品种作为对照组,对藏猪(TB)β-珠蛋白基因进行克隆测序,并对其进行氨基酸序列的比较分析,结果显示,在本实验所测定的4头藏猪个体中,TB1在119位、137位发生了变化,分别由天冬酰胺、丙氨酸变为组氨酸、缬氨酸;TB2在58位、75位、137位存在不同,分别由苏氨酸、天冬酰胺、丙氨酸变为丝氨酸、谷氨酸和缬氨酸;TB3的差异发生在58位、119位,TB4则发生在75位、119位和137位。本实验所测定的其它5个平原猪种氨基酸序列均与已发表序列相同。 藏猪β链第58位的丝氨酸与平原猪种此位置的苏氨酸相比,丝氨酸的体积略小一些,但它们通常为亲水性氨基酸,且亲水程度相近,分析认为,此处变异与藏猪血红蛋白高氧亲和力关系不大。 藏猪β链第75、119位分别由天冬酰胺突变为谷氨酸和组氨酸,谷氨酸为酸性,组氨酸为碱性,并且两者体积都大于中性的天冬酰胺,但亲水性相近,最有可能的差异是由于藏猪此位置氨基酸体积大于其它猪种,导致产生的空间位阻增加,与天冬酰胺相比,谷氨酸与组氨酸更易于形成氢键,使得藏猪血红蛋白具有更高的稳定性。 藏猪β1链第137位由丙氨酸突变为缬氨酸,亚基间的接触是靠氨基酸的疏水作用力,由于缬氨酸体积比丙氨酸大,疏水作用更强,这样将使它更加靠近α1亚基及β2亚基,从而使α1β1亚基、β1β2亚基间接触增加,有利于藏猪血红蛋白稳定性的增加。同时这些作用力使得α1与β2之间形成的中央空穴变小,导致2,3-DPG很难进入空穴,而2,3-DPG可降低血红蛋白的氧亲和力,从而使得藏猪血红蛋白对2,3-DPG的亲和力降低,这些都将有利于藏猪血红蛋白氧亲和力的增高。 本文分析认为,第137位由丙氨酸突变为缬氨酸,可能是引起血红蛋白高氧亲和力的主要原因。 第二,为探索藏猪β-珠蛋白基因微卫星多态性与其低氧遗传适应的关系,本文以中国5个平原猪种作为对照,比较了藏猪β-珠蛋白基因微卫星的多态性。结果显示: (1)藏猪在此位点具有3个优势等位基因(基因频率大于10%):180bp、182bp和192bp,基因频率分别为19.05%、11.92%和30.93%;等位基因184bp、186bp、192bp和200bp的基因频率与其它5个猪种存在显著差异(P≤0.01);192bp是6个猪种的共享优势等位基因。 (2)与其它5个猪种比较,藏猪缺少基因型192/174、178/174、182/174与212/192,此外,200/180 , 192/180, 192/184与186/182的基因型频率与其它猪种存在显著差异。本文推断藏猪β-珠蛋白基因微卫星多态性可能是其在长期适应低氧环境过程中自然选择的结果,同时又对血红蛋白的合成具有调控作用。 第三,本实验利用FQ RT-PCR方法对藏猪(TB)、莱芜黑猪(LB)、阳新猪(YX)、五指山猪(WZ)及鄂西黑猪(EB)5个品种的β-珠蛋白基因进行了定量检测,实验结果采用delta-delta Ct法进行分析,藏猪β-珠蛋白基因的表达量显著高于其它4个品种,由此可见,增加血液中红细胞数量并非藏猪适应高原低氧环境的唯一机制,β-珠蛋白等相关基因在表达水平上同样起着非常重要的作用。 研究探索高原土生动物在适应低氧环境中基因表达的差异,可为揭示低氧适应这一生命活动的生物学机制提供重要信息,为高原土生动物的保种与利用提供重要的科学依据,也将为我们充实对生命本质的认识提供一个新的思路。 本实验从以上三个方面对藏猪β-珠蛋白基因在低氧遗传适应中的作用进行了初步探讨,很多推论尚需进一步的验证,但本实验初步揭示出β-珠蛋白基因在藏猪群体中的一些特点,可为深入研究该基因在藏猪高原低氧适应中的调节机制提供理论依据。


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