高原适应遗传机制及藏族胎盘组织表达谱研究

发布时间：2020-08-12 16:47

【摘要】：近年来,全基因组水平研究方法的进步,为更深入研究人类高原低氧遗传适应机制提供了前所未有的便利条件,使我们可以从遗传水平进一步揭示高原低氧环境条件下人类适应进化的机制,这将为研究人类遗传进化机制提供重要的基础数据,也可为更多与缺氧相关的疾病以及病理状态的研究提供重要的理论基础。本博士课题从以下三方面深入揭示藏族低氧适应的遗传适应机制:(1)不同地域/语系的藏族高原适应遗传共性与差异研究,以揭示特殊环境选择压力对遗传适应的影响及不同地理环境与语言对人群适应的影响;(2)从胎盘组织水平揭示与藏族人群适应进化密切相关的成功繁育(reproductive success)机制,从而为藏族高原适应机制的研究提供遗传水平以及组织形态水平的证据。(3)对邻近的高原蒙古人群进行高原适应相关遗传机制的研究,为特殊环境作为自然选择压力而导致表型改变的过程进行更为全面的解释。第一部分不同地区藏族人群中高原适应正选信号异同性的分析以往的研究利用多种不同的分析方法对青藏高原藏族人群进行了高原适应遗传机制的研究。由于方法与人群选择的不同,结果存在很多异同性。本实验利用相同的分析方法(i HS和XP-EHH)对不同地域/方言地区的藏族人群以及其他邻近人群进行高原适应相关正选基因以及区域的研究。我们研究的两个不同的藏族人群同样存在,p0.01时,EPAS1、EGLN1,、HOMX2和CYP17A1基因区域;p0.02时,PKLR、HFE,、HBB和HBG2基因区域。但在康巴藏族人群中,未发现研究安多藏族人群时所发现的与血红蛋白浓度相关的EGLN1和PPARA优势性单倍体型,却发现了EPAS1优势性单倍体型与血红蛋白浓度相关的趋势,但未达到统计学意义。在排除了方法学所导致的差异后,本研究重点提出了在不同的藏族人群中进行群体混合性研究的重要性,并提示今后在大规模的青藏高原地区进行人群研究时需要考虑地理位置与不同部落之间所存在的差异。第二部分高原世居藏族胎盘组织基因表达谱研究人类在高原上生存面临着低氧环境带来的重大挑战。高原环境导致的妊娠期慢性缺氧是新生儿出生体重低、胎儿宫内生长受限的重要原因,与低海拔移居人群相比,高原适应藏族新生儿出生体重较高、存活率较高。因此,本课题对高原世居藏族人群妊娠以及新生儿的相关特性进行研究,从而探讨藏族人群在高原慢性低氧环境下成功繁育主要原因。本课题对15名高原世居妇女的胎盘以及15名高原移居白种人妇女的胎盘进行了基因表达研究,同时获取了新生儿出生体重以及胎盘形态学的资料。基因表达芯片获得了差异性表达基因1382个,并对其进行GO生物学功能分类,发现与对照组相比,藏族胎盘基因表达显示与低氧相关的基因都下调表达,而表示粗面内质网、线粒体应激状态的基因都下调表达,此结果表明藏族胎盘组织并未处于缺氧状态。以往的研究证实,经产道分娩的胎盘与剖宫产的胎盘组织相比存在很多与急性缺血缺氧应激状态相关的基因表达以及蛋白表达的差异。但是我们对高原藏族经产道分娩的胎盘组织与剖宫产分娩的胎盘组织进行基因表达差异性分析后,未发现有统计学意义的差异表达基因,说明藏族胎盘组织对急性缺血缺氧具有保护作用。本课题首次从组织及转录水平对高原适应机制进行研究,初步证明了藏族胎盘在基因表达水平存在着适应性特征,为今后进一步从基因组水平到转录水平研究奠定了基础。第三部分高原蒙古人高原低氧相关自然选择与表性特异性的基因组水平研究据史料记载,约在500年前高原蒙古人开始大规模进入并定居在青藏高原,这一人群与世居藏族人群一样面临着高原环境带来的挑战。故对这一特殊人群进行适应相关遗传因素的分析能够为了解高原特殊环境下生物体协调生理反应提供更多证据。本课题对这一特殊人群进行了全基因组范围内的遗传以及表型多态性研究,并对其中一男性个体进行了全基因组测序分析。高通量SNP芯片数据证明了高原蒙古人与其他蒙古人群拥有同样的遗传祖先特征,并且与该地区藏族人群高原适应相关基因组正选区域存在很多重叠区域。此外,在高原蒙古人群中发现参与代谢适应相关的候选基因区域,同样出现在前期藏族适应研究中,说明代谢适应与低氧适应的紧密关系。同时,与同海拔藏族和汉族相比,高原蒙古人群的平均血红蛋白浓度处于中间水平。对其中一名男性个体(天骄一号)进行全基因组测序显示,该个体特有2%的基因组多样性,包括300多种蛋白编码区域的改变。今后对邻近移居人群进行高原适应相关性遗传学以及表型研究,将能够更加全面地诠释特殊环境适应这一过程。
【学位授予单位】：青海大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：R394
【图文】：

低氧,脯氨酸羟化酶,高原适应,藏族人群

15]。图1.1 低氧诱导因子通路的概括图常氧条件下HIF-α亚基的降解需要O2、脯氨酸羟化酶活化、铁离子和VHL，这一过程是由PHD和FIH调控的。在低氧条件下，HIF-1α亚基不能羟基化并能够与HIF-β亚基结合形成HIF-1和HIF-2两种转录起始因子二聚体。这些转录起始因子与共转录因子p300和CBP结合，启动一系列转录调控下游的低氧反应相关基因。正选区域内的低氧通路基因可能与藏族高原适应有关2010 年以前，人们研究收集了大量的藏族人群适应低氧的生理学数据与证据，而从遗传学角度研究甚少。尽管有研究者们发现 HIF 通路基因在高原世居人群中存

区域图,选择清除,高原适应,红色

青海大学博士学位论文前言人类高原适应在适应性改变[5,7,16-18]，但是由于当时基因组水平的研究在选择高原适应相关基因方面存在很多误差，从而对藏族高原适应遗传机制尚无突破性的发现。随着近五年群体遗传学研究手段的迅速发展，目前利用群体遗传学的方法能够获得较准确的遗传多态性模式，例如全基因组范围内的选择性清除（selective sweep）（图 1.2）[19]与全基因组范围内正选基因选择等。上述强大的生物信息学方法能够在全基因组范围内分辨出选择性清除的区域，为进一步验证其在自然选择过程中遗传多态性的发生提供了重要的依据与范围。

示意图,全血,离心管,提取DNA

文 athWorkes 公司)， SQL Oracal（美国 Oracle CNA 的提取 12000 r，15 min。，取白细胞层与另一 15 mL 离心管中。见图 2.1。

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