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[中國青年報]科學家發現馴鹿“定居”北極的秘密?

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  在一望無際的北極冰川上,除了人們熟知的北極熊,還生活著一種名為馴鹿的動物,就是它拉著圣誕老人的雪橇奔向千家萬戶。不過,北極生存環境惡劣,冬季氣溫寒冷而食物貧乏,更為嚴峻的是,北極地區沒有一天24小時的晝夜更替,沒有“日出而作,日落而息”的生活節律,馴鹿究竟有何能耐,可以適應這一點并和北極熊成為“鄰居”?

  來自中國農業科學院的消息顯示,由該院特產研究所特種動物營養與飼養創新團隊聯合西北工業大學、蘇州大學、挪威生命科學大學、中國科學院等單位相關團隊于前不久共同揭示了馴鹿適應北極環境分子機制。6月21日,這一研究成果以研究長文形式在國際學術期刊《科學》(Science)發表,該成果是《科學》同期發表的3篇反芻動物基因組研究計劃研究長文之一。

  該研究成果讓人們對極地動物的適應性有了更為全面深入的了解,為維生素D對鈣沉積影響、生物鐘調控治療人類睡眠障礙等一些人類健康問題的解決提供了重要線索,也為后續開展馴鹿保護提供了重要數據基礎。

 

馴鹿。楊鎰峰/攝

 

  據通訊作者、中國農業科學院特產研究所副研究員李志鵬介紹,馴鹿是屬于反芻亞目、鹿科、馴鹿屬的唯一物種,主要分布于歐亞大陸、西伯利亞南部和北美大陸的北緯 48o以北的苔原、山地和林區,是北極和亞北極地區大型反芻動物區系的典型代表。我國馴鹿目前主要分布在大興安嶺西北部地區,由鄂溫克族人放養。有趣的是,不同于其它鹿科動物,馴鹿中不僅雄性長角,雌性也會長角。

  然而,在這次成果發布之前,人們對馴鹿適應北極極端環境和雌性長角的分子遺傳機制仍不清楚。此外,馴鹿是目前唯一被馴化的鹿科動物,在一些人類族群文明發展過程中占有重要角色。不過,馴鹿的“馴順”遺傳基礎究竟從何而來,也一直不為所知。

  研究團隊在前期同一團隊公布的馴鹿參考基因組基礎上,基于反芻動物基因組計劃的另外兩篇論文數據,通過深入的比較基因組學和進化基因組分析手段,分析了馴鹿適應北極和溫順特性的遺傳機制。

 

馴鹿。古木森/攝

 

  李志鵬表示,此次研究通過人工選擇信號分析,發現馴鹿維生素D代謝通路中的兩個關鍵基因——POR和CYP27B1受到了強烈的自然選擇,而這兩個基因所編碼酶的活性要比山羊和矮鹿(狍子)的高出許多,研究團隊認為,這可能使得馴鹿對鈣的吸收能力大力增強。

  此外,另外兩個名為“脂蛋白轉運”和“脂質合成”的重要基因在馴鹿中也發生了突變。這兩個基因在北極熊和企鵝脂肪代謝進化研究中也有報道,表明了不同極地動物能量代謝經歷趨同進化。

  李志鵬說,馴鹿的節律通路中的核心調控基因——PER2發生了馴鹿特異性的突變,導致PER2基因與另一個節律核心基因——CRY無法結合,使馴鹿喪失了晝夜節律分子鐘,從而能適應北極極晝和極夜的環境。

  研究團隊還發現,馴鹿的一個角生長關鍵基因——CCND1上游增加了一個雄性激素受體結合區域,研究團隊認為,這可能使得馴鹿在更低的雄激素水平下能促成雌性馴鹿長角。

  最后,研究團隊發現馴鹿中與神經嵴細胞發育、遷移和分化相關的基因受到了選擇、快速進化或特異性突變,而神經嵴細胞被認為是馴化的關鍵因素。“這很可能就是馴鹿溫順的原因”,李志鵬說。

  

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