西藏温泉蛇血红蛋白高原低氧适应性分子机制研究

本文结合基因组学、分子进化以及计算生物学等分析方法,对西藏温泉蛇(Thermophis baileyi)血红蛋白(hemoglobin,Hb)基因家族成员、基因簇结构和蛋白质结构等进行研究,探索西藏温泉蛇对高原低氧环境适应的分子机制。结果显示,西藏温泉蛇基因组中包含2个α珠蛋白基因和2个β珠蛋白基因,其中β珠蛋白基因簇高度保守,α^(A)珠蛋白基因在有鳞目祖先分化及形成蛇类和蜥蜴类的过程中发生了基因转座事件,转座后在蛇类中的排列模式为(5′-RREB1,SSR1,α^(A),RIOK1,DSP-3′)。西藏温泉蛇α^(D)和β^(2)基因分别有2个和4个潜在的正选择位点,其中α^(D)亚基p.Arg9Lys和p.Val36Thr突变使得该亚基血红素口袋体积增大和亲水性升高,这有利于提高O2的运输效率。β^(2)亚基p.Ser53Asn突变导致血红素口袋的亲水性升高,p.Ile112Leu、p.Thr135Cys和p.Ala139Ser突变使得β^(2)亚基内部稳定性升高,这有利于相应蛋白质亚型在红细胞中的积累。另外,与剑纹带蛇(Thamnophis sirtalis)相比,西藏温泉蛇(α^(D)β^(2))2亚型αβ/αβ间盐桥和氢键数量明显减少,使得T-R态的转变过程易发。综上,西藏温泉蛇α^(D)和β^(2)基因正选择突变导致的蛋白质构象和理化性质的变化可能会使得Hb相应亚型的氧亲和力升高,从而提高低氧条件下氧运输的效率。

青藏高原的世界特有蛇种——温泉蛇

温泉蛇是我国青藏高原的特有种.它们是目前仅知可以分布在海拔4000米以上的唯一两种蛇之一.作者在恩师刘承钊院士的组织下,于1973年去西藏考察两栖爬行动物,曾到当雄羊八井采集和观察过温泉蛇,是我国学者观察研究温泉蛇的第一批人员.本世纪以来,虽然我又有机会组织去西藏考察,但年事已高,被同志们劝阻.幸此期我的中青年同事朋友们和研究生们先后有多人去西藏或四川理塘考察,我得以继续关注温泉蛇的研究进展.应中央民族大学生命与环境学院冯今朝院长之嘱,撰写此文,供有志于在青藏高原研究动物的同仁参考.