内蒙古草原长爪沙鼠和子午沙鼠高温耐受能力的差异及其分子机制

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中文摘要：在全球变暖日益严重的情况下，动物对高温的耐受性无疑是限制其生存与发展的一个重要因素，而动物的耐热性主要由其高温感知系统和体温调节系统决定。在啮齿类动物当中，高温感知主要是由表达瞬时感受器电位香草酸受体1(Transientreceptorpotentiallvanniloid1,TRPV1)等离子通道蛋白的背根神经元和三叉神经元来完成，体温调节系统则主要由褐色脂肪组织(Brownadiposetissue,BAT)、肝脏、大脑等组织协同完成。迄今关于动物高温耐受能力差异与其相关分子遗传学特征之间的关系还没有一个统一的结论。长爪沙鼠(Merionesunguiculatus)和子午沙鼠(Merionesmeridianus)是在内蒙古草原同域分布的两个姐妹鼠种，两者虽在许多形态学指标和生理学指标上没有显著差异，但之前的调查研究发现，长爪沙鼠能够比子午沙鼠更好地耐受高温环境。本研究通过对子午沙鼠进行二代重测序，并将其与长爪沙鼠基因组信息进行比较，分析了这两个姐妹鼠种在野外环境下其生理学、行为学和相关分子遗传学指标的特征变化，以及在实验室条件下不同温度驯化后长爪沙鼠在代谢产热、温度选择偏好、相关TRP蛋白表达模式和表观遗传学特征上的改变等，系统探究了长爪沙鼠高温耐受能力与其相关分子遗传学特征之间的关系。得出的主要结果和结论如下: 1.野外条件下长爪沙鼠和子午沙鼠在生理学和行为学上的特征表明:两物种在体重、体长、耳长、后足长及代谢率上都没有显著性差异，但相同温度环境中长爪沙鼠的肛温显著高于子午沙鼠，并且在温度选择实验中，长爪沙鼠在高温区段停留的时间显著长于子午沙鼠。表明长爪沙鼠具有比子午沙鼠更好的高温耐受能力。 2.对两物种的分子遗传学特征进行比较，发现负责高温感知的TRPV1蛋白在BAT、肝脏和下丘脑中的mRNA表达模式没有差异。通过将子午沙鼠的二代重测序数据与长爪沙鼠的基因组数据进比对分析表明，两者在TRPV1的CDS(Codingdomainsequence)区序列上存在着多个差异位点，其中包含两个错义突变位点，会导致蛋白编译中氨基酸的替换，进而影响TRPV1蛋白的三维构象。另外，两物种在TRPV1基因上都存在着单倍型多态性，但单倍型多态性在物种间并未表现出显著差异。 3.长期4℃低温驯化虽然显著增加了长爪沙鼠的产热能力，但在肝脏内并未检测到组蛋白H3赖氨酸9位(Histone3lysine9,H3K9)处乙酰化水平的变化。实验数据表明，长期4℃低温驯化中，长爪沙鼠维持体温调节平衡的策略主要是增加BAT的产热能力，同时动物对能量摄入的需求也大幅增加。但肝脏作为主要代谢器官，在能量消耗显著增加的过程中并未通过基因组内组蛋白H3K9位点处乙酰化水平产生相关的调控作用。 4.8周的4℃和30℃的温度驯化并没有引起长爪沙鼠体内TRPV1蛋白表达模式的改变。TRPV1作为一个通道蛋白，更多的是起到信号传递的作用，在温度驯化以及相应的体温调节过程中，TRPV1蛋白的功能可能是处在相关通路的上游位置，其调控功能的重要性和复杂性也决定了其表达量不太可能出现大幅波动。总之，我们的研究从种间比较与种内比较两个方面出发，以具有较好研究基础且更好耐受高温的长爪沙鼠作为种内比较的对象，探究了长爪沙鼠高温耐受能力与其分子遗传学特征之间的联系，鉴定了长爪沙鼠与子午沙鼠在TRPV1基因上的突变位点及单倍型多态性的差异，以及长爪沙鼠生理代谢可塑性下组蛋白乙酰化的表观遗传学修饰。为探究物种耐受高温的分子机制以及更好的应对全球气温升高所带来的挑战提供了更多的分子生物学信息。

作者：

王冰

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关键词：

内蒙古草原高温耐受长爪沙鼠子午沙鼠能量代谢

授予学位：

博士

学科专业：

生态学

导师：

王琛柱

学位年度：

2023

学位授予单位：

中国科学院大学

语种：

中文

中图分类号：