西藏温泉蛇血红蛋白高原低氧适应性分子机制研究

摘要

本文结合基因组学、分子进化以及计算生物学等分析方法，对西藏温泉蛇（Thermophis baileyi）血红蛋白（hemoglobin,Hb）基因家族成员、基因簇结构和蛋白质结构等进行研究，探索西藏温泉蛇对高原低氧环境适应的分子机制。结果显示，西藏温泉蛇基因组中包含2个α珠蛋白基因和2个β珠蛋白基因，其中β珠蛋白基因簇高度保守，α^A珠蛋白基因在有鳞目祖先分化及形成蛇类和蜥蜴类的过程中发生了基因转座事件，转座后在蛇类中的排列模式为（5′-RREB1,SSR1,α^A,RIOK1,DSP-3′）。西藏温泉蛇α^D和β²基因分别有2个和4个潜在的正选择位点，其中α^D亚基p.Arg9Lys和p.Val36Thr突变使得该亚基血红素口袋体积增大和亲水性升高，这有利于提高O₂的运输效率。β²亚基p.Ser53Asn突变导致血红素口袋的亲水性升高，p.Ile112Leu、 p.Thr135Cys和p.Ala139Ser突变使得β²亚基内部稳定性升高，这有利于相应蛋白质亚型在红细胞中的积累。另外，与剑纹带蛇（Thamnophis sirtalis）相比，西藏温泉蛇（α^Dβ²）₂亚型αβ/αβ间盐桥和氢键数量明显减少，使得T-R态的转变过程易发。综上，西藏温泉蛇α^D和β²基因正选择突变导致的蛋白质构象和理化性质的变化可能会使得Hb相应亚型的氧亲和力升高，从而提高低氧条件下氧运输的效率。

关键词

西藏温泉蛇 / 血红蛋白 / 分子进化 / 蛋白质结构 / 高原低氧适应