《科学》发表特产所揭示的驯鹿适应北极环境分子机制

6月21日，《科学（Science）》杂志以研究长文发表了中国农业科学院特产研究所特种动物营养与饲养创新团队联合西北工业大学、苏州大学、挪威生命科学大学、中国科学院等揭示的驯鹿适应北极环境分子机制。该研究结果使人们对极地动物的适应性有更全面深入的了解，为维生素D对钙沉积影响、生物钟调控治疗人类睡眠障碍等一些人类健康问题的解决提供了重要线索，也为后续开展驯鹿保护提供了重要数据基础。该成果是同期《科学》发表的反刍动物基因组研究计划研究长文的3篇之一。

据通讯作者李志鹏副研究员介绍，驯鹿（Rangifer tarandus）是属于反刍亚目、鹿科、驯鹿属的唯一物种，主要分布于欧亚大陆、西伯利亚南部和北美大陆的北纬 48º以北的苔原、山地和林区，是北极和亚北极地区大型反刍动物区系的典型代表。我国驯鹿目前主要分布在大兴安岭西北部地区，由鄂温克族人放养。众所周知，北极地区的生存环境恶劣，比如冬季气温寒冷和食物贫乏。更为显著的是，北极地区没有一天24小时的昼夜更替，没有“日出而作，日落而息”的生活节律。有趣的是，相比其它鹿科动物只有雄性长角，驯鹿雌性也会长角。然而，到目前为止，人们对驯鹿适应北极极端环境和雌性长角的分子遗传机制仍不清楚。另一方面，驯鹿是目前唯一被驯化的鹿科动物，在一些人类族群文明发展过程中也占有重要角色，但其很驯顺的遗传基础一直不为所知。

该研究在前期同一团队公布的驯鹿参考基因组基础上（Li等，GigaScience, 2017），基于反刍动物基因组计划的另外两篇论文数据，通过深入的比较基因组学和进化基因组分析手段，分析驯鹿适应北极和温顺特性的遗传机制。研究通过人工选择信号分析，发现驯鹿维生素D代谢通路中的两个关键基因（POR和CYP27B1）受到了强烈的自然选择，而且驯鹿这两个基因所编码酶的活性比山羊和狍子高很多，这可能使得驯鹿对钙的吸收能力大力增强。脂蛋白转运（APOB）和脂质合成（FASN）的两个重要基因在驯鹿中也发生了突变，这两个基因在北极熊和企鹅脂肪代谢进化研究中也有报道，表明了不同极地动物能量代谢经历趋同进化。驯鹿的节律通路中的核心调控基因（PER2）发生了驯鹿特异性的突变，导致PER2基因与另一个节律核心基因（CRY）无法结合，使驯鹿丧失了昼夜节律分子钟，从而能适应北极极昼和极夜的环境。研究还发现，驯鹿的一个角生长关键基因（CCND1）上游增加了一个雄性激素受体结合区域，这可能使得驯鹿在更低的雄激素水平下能促成雌性驯鹿长角。最后，研究发现驯鹿中与神经嵴细胞发育、迁移和分化相关的基因受到了选择、快速进化或特异性突变，而神经嵴细胞被认为是驯化的关键因素，这很可能是驯鹿温顺的原因。

该研究成果得到了中国农业科学院科技创新工程、国家自然科学基金、吉林省自然科学基金、西北工业大学专项经费、中科院B类先导专项等项目的支持。