藏羚羊ET-1基因编码区的克隆与分析

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藏羚羊(Pantholops hodgsonii)隶属青藏高原土生种偶蹄目、牛科、藏羚属,栖息在海拔4300~5500m,具有极强的运动能力和低氧耐受能力,是研究高原低氧适应机制的最好动物模型,该物种是经过无数代的自然选择而保留下来的青藏高原特有的土生动物并形成了独特的低氧适应机制。内皮素(Endothelin,ET)是一种血管内皮细胞分泌的生物活性多肽,具有强烈收缩血管作用,最初是由猪主动脉内皮细胞培养上清液分离出的一种血管活性肽,其有3种异构肽:ET-1、ET-2及ET-3,ET-1mRNA主要在血管内皮细胞表达,ET-2主要在肾脏表达较多,ET-3则主要在神经细胞、肾小管上皮细胞表达,有一定的组织特异性,其中以ET-1的生理功能和病理学意义最大;在正常时肺组织中的肺血管内皮细胞、肺泡上皮、和肺脏神经内分泌细胞均有ET-1m RNA,可以表达和合成ET-1;在引起组织缺血、缺氧和血管内皮细胞损伤的许多心血管疾病中,内皮素均参与发病过程,尤其在缺氧性肺动脉高压形成机制中发挥了重要作用,低氧时作用在血管平滑肌细胞上,增强ET-1所引起的肺动脉收缩。我们前期预实验研究结果发现:藏羚羊虽然常年生活在海拔4500m以上的高寒、缺氧地区,其肺动脉压却低于同海拔的藏绵羊,为了进一步从基因水平揭示ET-1在藏羚羊在低氧适应中的作用机制,我们从藏羚羊肺脏组织中克隆了ET-1基因并测序及序列分析。本课题将对从可可西里自然保护区(4300m)捕捉到的10只藏羚羊、10只藏绵羊和从民和县(1800m)购买的8只低海拔绵羊的体重、心率、血红蛋白、肺动脉压力等生理指标进行测定并作统计学分析,应用ELISA法测定藏羚羊、藏绵羊和低海拔绵羊血清ET-1含量。从藏羚羊肺脏组织中提取总RNA,通过RT-PCR法分段扩增,并将得到的cDNA序列进行拼接后获得藏羚羊ET-1cDNA编码区,编码区序列长度为609个bp,编码202个氨基酸。将该基因的编码区序列登陆GenBank,获得注册号为JQ031153。利用DNAMAN6.0软件分析显示:其序列与绵羊、牛、猪、大鼠以及斑马鱼的的同源性分别是:98%、95%、86%、81%、48%;推测出氨基酸序列与绵羊、牛、猪、大鼠以及斑马鱼的的同源性分别是:97%、94%、79%、76%、34%;与NCBI数据库登录的绵羊ET-1氨基酸比对发现藏羚羊ET-1基因对应的氨基酸发生突变:30位和172位的苏氨酸变为丙氨酸、40位和163位的缬氨酸变为丙氨酸、141位天冬氨酸变为天冬酰胺、181位的苯丙氨酸变为缬氨酸,这种突变是否与藏羚羊肺血管低氧适应有关待进一步研究。为此本研究克隆了藏羚羊肺组织ET-1基因的CDS区,并发现藏羚羊ET-1基因编码的氨基酸发生突变,在基因水平上为研究藏羚羊低氧适应打下基础。前期研究发现在长期的进化过程中,藏羚羊在呼吸、循环,等多方面形成了独特的适应高原低温、低氧环境的生理机制。本研究生理学指标测定结果显示:藏羚羊与藏绵羊、低海拔绵羊的体重两两比较无明显差异(P>0.05);藏羚羊Hb含量、HR及mPAP值均较藏绵羊低,差异有显著性统计学意义(P<0.01);与低海拔绵羊比较发现,藏羚羊HR显著低于低海拔绵羊,而Hb和mMPAP值接近,且无明显差异(P>0.05)。此外,低海拔绵羊的Hb和mPAP均低于藏绵羊(P<0.05),而藏绵羊HR低于低海拔绵羊,但统计学无明显差异(P>0.05)。ELISA法测定血清中的ET-1含量结果显示:藏羚羊组ET-1含量低于藏绵羊组,差异有显著性统计学意义(P<0.01);与低海拔绵羊组相比无明显差异,藏绵羊组与低海拔绵羊组相比无明显差异。此研究结果提示藏羚羊对高原低氧环境具有生理性适应能力。综上所述,藏羚羊可能通过低氧性肺血管收缩反应钝化,从而表现出无肺动脉高压来适应高原低氧。此外,我们成功克隆出了藏羚羊ET-1基因编码区序列,并与绵羊比较后发现有氨基酸位点发生突变,关于这些突变位点是否与藏羚羊肺血管高原低氧适应有关,有待于进一步研究。这不仅为以后的表达和生物学活性的研究打下了基础,而且为高原低氧适应相关基因的研究提供了实验依据。
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