科普園地︱金絲猴為何能在高海拔生存？

撰文於黎（雲南大學特聘教授，論文第一作者與通訊作者）

關於作者

於黎是雲南大學博士生導師、研究員，雲南大學特聘教授，《遺傳》、《獸類學報》和Zoological Research雜誌編委，入選「國家萬人計劃」，曾獲「中國青年五四獎章」、「中國青年女科學家獎」以及「霍英東教育基金青年教師獎」等獎項。

於黎研究員及團隊的研究興趣為珍稀瀕危動物類群的起源與演變機制的分子基礎研究。2011年3月，中央電視台綜合頻道和新聞頻道以「我國首次查清小熊貓身份之謎」對課題組成果進行了報道；2012年4月，中央電視台國際頻道和新聞頻道以「怒江境內發現中國金絲猴新種群」對課題組成果進行了報道。這些研究結果促進了國內外對珍稀瀕危物種的保護和系統研究。

金絲猴屬（Rhinopithecus）屬於靈長目，猴科，疣猴亞科，包括5個近緣物種：滇金絲猴（R. bieti），怒江金絲猴（R. strykeri），川金絲猴（R. roxellana）、黔金絲猴（R. brelichia）和越南金絲猴（R. avunculus）。所有物種均被列為紅色物種名錄瀕危物種。

金絲猴屬物種不僅發展出以樹葉為食的特化食性，而且佔據了從低海拔到高海拔的生境類型（800~4500m）。黔金絲猴和越南金絲猴分別生活在中國貴州和越南北部的低地山區，而滇金絲猴、川金絲猴和怒江金絲猴生活在西藏和中國中部不同的高海拔區域。尤其是滇金絲猴。滇金絲猴是除人類外生存環境海拔最高的靈長類動物，目前僅存於我國滇藏交界的高寒森林中，海拔高度在4000米左右。

金絲猴屬物種為研究動物對高海拔環境適應性的進化遺傳機制提供了很好的動物模型。近年來，基因組學，特別是進化基因組學的發展，為系統和整體地揭示自然選擇的遺傳機制提供了前所未有的機會。

雲南大學於黎研究員課題組、中國科學院昆明動物研究所張亞平院士課題組、中國科學院昆明動物研究所陳勇斌課題組、芝加哥大學吳仲義教授課題組和北京基因組所強強聯合，對金絲猴屬物種的高海拔環境適應遺傳機制開展研究，研究結果近期以封面文章發表於Nature Genetics上 [Yu et al. 2016. Genomic analysis of snub-nosed monkeys （Rhinopithecus） identifies genes and processes related to high-altitude adaptation,Nature Genetics, 48, 947-952]。於黎研究員、吳仲義教授和張亞平院士為論文的通訊作者。

nature genetics，volume 48，number 8，August 2016

研究團隊首先利用二代 Ilumina HiSeq2000 測序平台對一隻滇金絲猴進行De novo測序，並與其他哺乳動物的比較基因組分析。結果顯示，滇金絲猴中，與DNA 修復和氧化磷酸化過程有關的基因數量明顯多於其他物種。此外，對滇金絲猴和獼猴多個組織進行 RNA 測序和比較轉錄組分析顯示，在能量代謝的相關組織（心臟和肌肉）中高表達的基因，大多存在於與氧化磷酸化和心臟肌肉收縮相關的通路。

接下來，研究人員對滇金絲猴同屬的黔金絲猴、怒江金絲猴和越南金絲猴各一個個體進行全基因組重測序。結合已經發表的川金絲猴De Novo基因組，研究人員進行比較基因組學分析，在滇金絲猴、怒江金絲猴和川金絲猴三個高海拔金絲猴物種中發現6個基因中的8個共有氨基酸替換，與肺功能、DNA 修復和血管生成相關。

這6個基因中，CDT1基因與 DNA 修復相關，對其的紫外輻照實驗表明，突變型相對於野生型具有更強的穩定性。研究者據此推測，CDT1基因突變有助於金絲猴在高海拔環境中對紫外線的抵抗。

研究人員還檢測了與血管生成相關的RNASE4基因，結果發現，突變型在誘導HUVEC 細胞生成管狀結構方面具有更高活性，推測突變可能增強 RNASE4 的血管生成能力，有助於金絲猴適應高海拔環境。

最後，研究人員對滇金絲猴一個群體（20個個體）和川金絲猴三個群體（26個個體）進行基因組掃描，發現了群體之間的重疊和各群體特異的受選擇基因，這些基因與 DNA 修復、心臟和血管發育，缺氧反應，能量代謝和血管生成相關。

本研究基於多層次研究，包括種上和群體的基因組序列分析、轉錄組和功能實驗，發現了與金絲猴物種適應高海拔環境相關的遺傳機制；並以非人靈長類為研究模型，為高海拔適應這一複雜性狀提供一個新的和更全面的揭示。

論文基本信息

【標題】Genomic analysis of snub-nosed monkeys (Rhinopithecus) identifies genes and processes related to high-altitude adaptation

【刊期】Nature Genetics48, 947–952 (2016)

【類型】開放獲取

【數字識別碼】doi:10.1038/ng.3615

【作者】Li Yu, Guo-Dong Wang,Jue Ruan, Yong-Bin Chen, Cui-Ping Yang, Xue Cao, Hong Wu, Yan-Hu Liu, Zheng-Lin Du, Xiao-Ping Wang, Jing Yang, Shao-Chen Cheng, Li Zhong, Lu Wang, Xuan Wang, Jing-Yang Hu, Lu Fang, Bing Bai, Kai-Le Wang,Na Yuan, Shi-Fang Wu, Bao-Guo Li, Jin-Guo Zhang, Ye-Qin Yang, Cheng-Lin Zhanget al.

【發表時間】Published online 11 July 2016

【摘要】The snub-nosed monkey genus Rhinopithecus includes five closely related species distributed across altitudinal gradients from 800 to 4,500 m.Rhinopithecus bieti,Rhinopithecus roxellana, andRhinopithecus strykeriinhabit high-altitude habitats, whereasRhinopithecus brelichiandRhinopithecus avunculusinhabit lowland regions. We report the de novo whole-genome sequence of R. bieti and genomic sequences for the four other species. Eight shared substitutions were found in six genes related to lung function, DNA repair, and angiogenesis in the high-altitude snub-nosed monkeys. Functional assays showed that the high-altitude variant ofCDT1(Ala537Val) renders cells more resistant to UV irradiation, and the high-altitude variants ofRNASE4(Asn89Lys and Thr128Ile) confer enhanced ability to induce endothelial tube formationin vitro. Genomic scans in theR. bietiandR. roxellanapopulations identified signatures of selection between and within populations at genes involved in functions relevant to high-altitude adaptation. These results provide valuable insights into the adaptation to high altitude in the snub-nosed monkeys.

【全文鏈接】http://www.nature.com/ng/journal/v48/n8/full/ng.3615.html

推薦論文請聯繫

·關注科學進展與科研生態

·推薦重要前沿研究

·發布科研招聘

·推送學術講座與會議預告。

原題：金絲猴為何能在高海拔生存？華人學者揭示背後遺傳機制 | Nature Genetics 封面論文推薦

微信號：cwcawx

中國野生動物保護協會

TAG:中國野生動物保護協會 |

※野地生存高能，地上插幾根鐵條就可以煮東西了
※這裡的綿羊以海藻為生，是兩種能靠海藻生存的陸生生物之一
※海洋霸主的奇特生存本領：巨型鋼條穿肚還能正常生活！
※西藏人為何能在空氣稀薄的「世界屋脊」生存？
※地殼深處更適宜生命生存 宇宙生命或存在於地下
※洄遊，青海湖湟魚的生存特性
※空間站實驗：能在火星生存的地球生物
※沙漠魚能在沙漠里生存的神秘原因是什麼？
※地球的孿生兄弟：生存環境比木星還惡劣
※科學家找到比地球生存環境更舒適的星球，極有可能存在外星生物
※探訪納米比亞野生獵豹的生存狀態
※科普：兩棲動物在沙漠是怎樣生存的？
※土地糧食是老百姓的生存根本
※魔都夏季高峰地鐵生存指南！有了它安全擠地鐵不是夢！
※沙漠OR森林！你能在哪一種環境生存下去
※人類賴以生存的地球的幾大科普事實
※三少爺的劍競技場生存秘訣 優雅地制霸擂台
※火星盆地或覆蓋火山灰和水：曾適宜微生物生存
※薛寶釵的生存策略