金丝猴属物种高海拔适应遗传机制研究获重要进展

于黎 2016-08

 

金丝猴属(Rhinopithecus)属于灵长目，猴科，疣猴亚科，包括5个近缘物种：滇金丝猴（R.bieti），怒江金丝猴(R.strykeri)，川金丝猴(R. roxellana)、黔金丝猴(R. brelichia)和越南金丝猴(R. avunculus)。除了重要保护生物学价值，金丝猴属物种占据了从低海拔到高海拔的生境类型（800-4500m）。黔金丝猴和越南金丝猴分别生活在中国贵州和越南北部的低地山区，滇金丝猴，川金丝猴和怒江金丝猴生活在中国西藏和中部不同的高海拔区域。尤其是滇金丝猴，目前仅存于我国滇藏交界的高寒森林中，是除人类外世界海拔分布最高的灵长类动物。金丝猴属物种为研究动物对高海拔环境适应性进化遗传机制提供了很好的动物模型。

 

图1A 金丝猴的地理分布图。

张亚平院士和于黎研究员课题组，联合中国科学院昆明动物研究所、芝加哥大学和北京基因组所对金丝猴属物种高海拔环境适应遗传机制开展研究。首先，利用二代基因组测序平台，对一只滇金丝猴进行denovo测序，并与其他哺乳动物的比较基因组分析显示：滇金丝猴中显著扩张基因家族中的基因显著富集在DNA修复和氧化磷酸化过程。此外，对滇金丝猴和猕猴多个组织进行RNA测序和比较转录组分析显示高表达基因富集在与氧化磷酸化和心脏肌肉收缩相关通路。接下来，对同属的黔金丝猴，怒江金丝猴和越南金丝猴各一个个体进行全基因组重测序，并结合已经发表的川金丝猴denovo基因组，通过比较基因组学分析，在三个高海拔金丝猴物种中（滇金丝猴，怒江金丝猴和川金丝猴）发现6个基因中的8个共有氨基酸替换。这些基因与肺功能，DNA修复和血管生成相关。对其中与DNA修复相关的CDT1的紫外辐照实验表明，突变型相对于野生型具有更强的稳定性。推测突变有助于金丝猴在高海拔环境中对紫外线的抵抗。对与血管生成相关的RNASE4基因检测发现，突变型在诱导HUVEC细胞生成管状结构方面具有更高活性。推测突变可能增强RNASE4的血管生成能力，有助于金丝猴适应高海拔环境。最后，对滇金丝猴一个群体（20个个体）和川金丝猴三个群体（26个个体）进行基因组扫描，发现与DNA修复，心脏和血管发育，缺氧反应，能量代谢和血管生成相关的受选择基因。

 

图1B 滇金丝猴的比较基因组分析。

本研究基于多层次研究，包括种上和群体的基因组序列分析，转录组和功能实验，发现与金丝猴物种适应高海拔环境相关的遗传机制。以非人灵长类为研究模型，为高海拔适应这一复杂性状提供一个新的和更全面的揭示。该研究结果作为封面文章以Genomic analysis of snub-nosed monkeys (Rhinopithecus) identifies genes and processes related to high-altitude adaptation为题2016年8月发表在国际权威期刊Nature Genetics上。并被Nature Genetics以“August issue cover: What’s going on here?”进行评述报道。中央电视台也以“我国发现金丝猴高原适应遗传机制”报道该成果。