【摘 要】
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低氧诱导因子(Hypoxia-inducible factor,HIF)是与低氧相关的重要基因,分为α和β两种亚型,一般在哺乳动物中,α亚型可分为HIF1α、HIF2α、HIF3α,而在硬骨鱼体内,α亚型可分为HIF1A/1B、HIF2A/2B、HIF3。为研究高原裂腹鱼类HIF基因的特征及其在低氧环境下的功能适应性,本研究利用PCR扩增获得高原软刺裸鲤(Gymnocypris dobula)和齐
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低氧诱导因子(Hypoxia-inducible factor,HIF)是与低氧相关的重要基因,分为α和β两种亚型,一般在哺乳动物中,α亚型可分为HIF1α、HIF2α、HIF3α,而在硬骨鱼体内,α亚型可分为HIF1A/1B、HIF2A/2B、HIF3。为研究高原裂腹鱼类HIF基因的特征及其在低氧环境下的功能适应性,本研究利用PCR扩增获得高原软刺裸鲤(Gymnocypris dobula)和齐口裂腹鱼(Schizothorax prenanti)HIF1B和HIF2A基因c DNA完整的开放阅读框(open reading frame,ORF),并进行氨基酸序列分析。基因序列分析结果显示,软刺裸鲤和齐口裂腹鱼HIF1B基因长度分别为2322bp和2313bp,预测编码773和770个氨基酸;HIF2A基因长度分别为2466bp和2502bp,预测编码821和833个氨基酸。同源分析显示,齐口裂腹鱼和软刺裸鲤HIF1B ODD结构域(oxygen-dependent degradation domains)氨基酸序列同源性为93.12%,HIF2A为89.56%。在CODD保守结构域中,软刺裸鲤HIF1B的Lxx LAP位点突变成Pxx LAP,这可能是高原裂腹鱼HIF1B功能进化的重要标志。运用生物信息学方法计算软刺裸鲤HIF1A/1B、HIF2A/2B、HIF3是否发生正选择,结果显示:西藏高原裂腹鱼相对于云南贡山裂腹鱼和齐口裂腹鱼来说,HIF1B和HIF2A均发生了正选择。这提示高原裂腹鱼HIF1B和HIF2A基因在高原低氧环境适应中发生着重要作用。利用荧光定量PCR技术,本研究比较了长期低氧生长条件下的软刺裸鲤和平原常氧条件下的齐口裂腹鱼的脾脏、脑、皮肤和鳃四种组织中HIF1B和HIF2A mRNA的表达水平。荧光相对定量PC R结果显示,软刺裸鲤HIF1B和HIF2A的mRNA表达水平,在皮肤、鳃(与呼吸作用相关)、脾脏以及脑组织中,均显著低于齐口裂腹鱼。同时,免疫组化显示,软刺裸鲤心脏中的HIF1B蛋白表达量比齐口裂腹鱼少。同样,采用荧光定量PCR(qRT-PCR)技术,检测罗非鱼应激性低氧处理下各组织中HIF1B和HIF2A mRNA表达差异。定量检测结果表明,在应激性低氧0.5 h和1 h环境下,罗非鱼皮肤中HIF1B和HIF2A mRNA的表达均极显著上升(***P<0.001);鳃中HIF2A mRNA的表达亦极显著上升(***P<0.001),而HIF1B mRNA只在低氧1 h出现显著上升(*P<0.05);脾脏和脑中HIF1B mRNA的表达极显著上升(***P<0.001),HIF2A mRNA的表达无显著性变化。我们推测硬骨鱼体内可能存在两种不同的机制来应对长期低氧和应激性低氧环境。而HIF转录因子可以激活下游的一氧化氮合酶合成一氧化氮(Nitric oxide,NO),NO可以舒张血管,从来增加机体的携氧能力。利用亚硝酸盐还原法检测高原裂腹鱼物种与齐口裂腹鱼血清中的NO含量。结果显示:高原裂腹鱼(异齿裂腹鱼、巨须裂腹鱼、软刺裸鲤)血清中NO显著高于齐口裂腹鱼(***P<0.001)。为探索高原裂腹鱼体内NO增加的原因,通过qRT-PCR技术检测低氧对NOS1(nitric oxide synthase1)和NOS2B(nitric oxide synthase 2B)mRNA的影响。结果显示,在软刺裸鲤的脑和心脏组织中,不论是长期低氧还是应激性低氧,均可造成NOS1和NOS2B mRNA表达量下降,所以软刺裸鲤血清中NO含量多的原因并不是由于NOS1和NOS2B的增加造成的,可能是由于其他某种原因造成NO含量的上升。综上所述,硬骨鱼体内可能存在两种机制来分别适应应激性低氧和长期低氧环境,为进一步研究高原裂腹鱼HIF1B和HIF2A的生物学功能及其在高原低氧适应研究中的生物学意义奠定了重要基础。
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