氧气是动物体新陈代谢的重要成分,其正常供应对于维持动物体的生长发育、组织器官的正常生理机能至关重要,而低氧环境往往会导致动物体的氧气供应不足,进而产生一系列病理生理上的反应。大多数陆生哺乳动物对低氧的耐受较差,而地下鼠由于对地下洞道中低氧环境的长期适应,其在行为、生理、遗传等不同层次产生了一系列的低氧适应策略。棕色田鼠(Lasiopodomys mandarinus)长期生活于地下,是一种典型的地下鼠,而与其同属的布氏田鼠(L.brandtii)则为地面鼠。两种田鼠可以作为跨物种转录组研究的良好模型。本研究以棕色田鼠和布氏田鼠为研究对象,处理组和对照组各3只成年雄性个体,在实验室低氧舱内10%低氧处理48小时,取脑组织进行二代转录组测序,经质控、拼接、注释后,采用跨物种转录组方法对脑组织进行了常氧下物种间及慢性低氧下物种内的差异表达分析。旨在利用跨物种转录组方法揭示棕色田鼠的低氧适应机制,探索物种间转录组数据的直接比较方法,以期为地下鼠低氧适应的研究提供新的技术方向。主要研究结果如下:1)棕色田鼠与布氏田鼠各有6个样本的脑转录组测序数据,质控后共获得89.4Gbp Clean data,Q20碱基百分比≥98.23%、Q30碱基百分比≥87.26%;经Trinity拼接,共获得75600条棕色田鼠unigene,N50为2430bp,78281条布氏田鼠unigene,N50为2506bp。2)利用Nr啮齿动物子库、Swiss-prot蛋白数据库、KEGG数据库、GO数据库对两种田鼠的unigene进行功能注释,棕色田鼠和布氏田鼠分别得到26013和25882条注释结果。使用Inparanoid筛选得到12451条棕色田鼠与布氏田鼠1:1的直系同源序列。3)利用跨物种转录组方法进行种间常氧脑转录组差异表达分析,以p.adj<0.05与|log2foldchange|≥1为标准,筛选到棕色田鼠与布氏田鼠种间脑转录组差异表达基因(DEGs)447个,其中棕色田鼠高表达基因219个、低表达基因228个。GO富集分析发现,常氧环境中,棕色田鼠(1)激活δ阿片受体(δ-opioid receptor)介导脑缺血/缺氧耐受的基因高表达;(2)小分子代谢调控、激素分泌和调控等与代谢相关的基因高表达,摄食、神经兴奋性等与活动相关的基因高表达;(3)造血、血管生成调控、神经发生等相关基因低表达。KEGG通路富集分析结果与GO分析结果相似,蛋白互作网络分析也支持GO分析结果。这表明棕色田鼠良好的氧感受与调控能力:(1)常氧环境中细胞内的低氧诱导因子(HIF)基因转录出的m RNA会被氧降解,其调控的下游基因被抑制表达,表现出低水平的表达,尤其是造血、神经发生相关的基因;(2)高表达的基因主要参与脑组织的功能调控,而极少涉及结构性改变。4)去除上述棕色田鼠与布氏田鼠常氧种间差异表达基因,采用比较转录组方法分析种内低氧脑转录组差异表达。10%低氧处理条件下,以p.adj<0.05与|log2foldchange|≥1为标准,分别得到棕色田鼠和布氏田鼠差异表达基因136个和103个。GO富集分析发现,10%低氧处理条件下,(1)棕色田鼠血管生成、细胞内钙/磷酸盐稳态调节、细胞迁移等细胞和有机体等低氧响应相关基因上调;髓鞘的形成与稳定、神经丝的组分、微管组装与调控等生物学功能相关基因下调。(2)布氏田鼠与血管生成的调控、凝血、红细胞内稳态等相关的基因上调;与体内稳态调节,例如碳水化合物、阳离子稳态调控相关的基因,激素分泌与转运等相关的基因均出现下调;与运动调控,例如摄食行为、多巴胺生物合成等相关的基因下调。KEGG通路富集分析结果与GO分析结果相似,蛋白互作网络分析也支持GO分析结果,q PCR验证了转录组分析计算结果可靠。这表明,暴露于10%低氧环境中,棕色田鼠和布氏田鼠心血管系统均具有较好的低氧适应能力,棕色田鼠在神经保护方面有所降低,而布氏田鼠则在细胞内稳态与运动调控方面有所降低。结论:棕色田鼠比布氏田鼠具有更好的氧感受与调控能力。两种田鼠均利用心血管系统应对低氧,此时,棕色田鼠神经保护能力有所降低,布氏田鼠则在细胞内稳态与运动调控方面有所降低。