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对生活在极端寒冷下的鱼类而言,如何避免受到寒冷环境的伤害是一个极其重要的问题。南极Notothenioids鱼类之所以能在南极极端寒冷的环境下生存,并成为南极海域主要的鱼类物种,是因为其成鱼体内含有高浓度的抗冻糖蛋白(AFGPs),但是在南极Notothenioids鱼类的鱼卵和幼鱼体内AFGPs的表达水平非常低,甚至没有表达,南极Notothenioids鱼类的鱼卵和幼鱼是怎样避免寒冷伤害还未可知。Zona pellucida(ZP)蛋白基因家族编码一类参与识别精卵的卵壳蛋白,已有研究发现在南极Notothenioids鱼类中许多类型的ZP基因发生了特异性的大规模扩增。本研究发现南极鱼ZP蛋白具有冰晶结合活性,并修饰冰晶生长的形态,使含南极鱼ZP蛋白溶液的冰晶呈规则的六棱柱形状,并且使该溶液的熔点降低,促进冰晶的溶化。所以南极鱼ZPs是一类冷胁迫相关蛋白,能与AFPs共同作用,使南极鱼类在-1.9℃的寒冷环境下生存,并避免冰晶对南极鱼鱼体的机械伤害。ZP蛋白具有的冰晶结合活性是一种固有的原始功能,还是只是在南极Notothenioids鱼类ZP蛋白所特有的功能呢?所以我们选择了与南极鱼生活环境相似的齐口裂腹鱼(Schizothorax prenanti,SP)的ZP蛋白(SP_ZP3)进行研究,齐口裂腹鱼也是一种寒冷环境下生活的物种,其分布水域的特点是海拔高、气温低。研究发现齐口裂腹鱼的ZP蛋白具有弱的冰晶结合活性,但不能降低溶液的冰点。本研究主要通过RT-PCR的方法,从南极Notothenioids鱼类和齐口裂腹鱼卵巢的总RNA中克隆得到多种zona penucida基因的编码区,并构建这些基因的真核表达载体,然后在中国仓鼠的卵巢细胞(CHO-K1)中进行表达,并用分离纯化得到的ZP蛋白进行冰晶实验。结果发现ZP蛋白溶液的冰晶形状呈规则六棱柱,证明ZP蛋白能与冰晶进行结合,并改变了冰晶的生长形态,具有冰晶结合活性。ZP蛋白是包含ZP结构域的一类蛋白,存在于所有的脊椎动物中。该蛋白基因镌刻着进化的历史,ZP基因无论是在低等生物(如线虫)还是在高等哺乳动物中都有分布,该基因在鱼类中被称为卵壳蛋白基因,在高等哺乳动物中被叫作透明带蛋白基因。ZP蛋白作为卵细胞外膜的重要组成部分参与了的受精过程,研究表明,参与该过程的基因进化速度要比其他基因快。南极Notothenioids鱼类的ZP基因在寒冷条件下大量扩增,是南极鱼适应南极极端寒冷环境的重要机制,ZP基因的扩增又加快了ZP基因的进化,使其进化成为一类冷胁迫蛋白,使南极鱼类适应极端寒冷的水环境。而本研究显示SP_ZP3蛋白有冰晶结合活性,这种活性可能是生活在寒冷环境下鱼类ZP蛋白的一种原始功能,而在南极Notothenioids鱼类中,这种功能在高强度的寒冷压力下会被持续放大,获得了明显降低熔点的功能。