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Science Advances | 西北工业大学等多单位合作,邱强/王文等揭示长颈鹿适应高血压的潜在机制

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(图片来源:摄图网)

本文原创首发公众号:iNature

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长颈鹿由于其异常长的脖子和腿而立即被识别出来,使其成为最高的陆生动物。长颈鹿在包括Lamarck和Darwin在内的不同进化思想流派中起着核心作用。据认为,它们不寻常的解剖结构具有多种选择优势。

2021年3月17日,西北工业大学邱强,王文,空军军医大学黄景辉及哥本哈根大学Rasmus Heller共同通讯在Science Advances 在线发表题为”A towering genome: Experimentally validated adaptations to high blood pressure and extreme stature in the giraffe“的研究论文,该研究通过生成高质量的染色体级长颈鹿基因组,并与其他反刍动物基因组进行全面比较,确定了长颈鹿特有突变的目录。 

这些主要与心血管,骨骼生长,视觉,听觉和昼夜节律功能有关。其中,长颈鹿FGFRL1基因是一个异常值,具有七个在其他反刍动物中都找不到的独特氨基酸取代。具有长颈鹿型FGFRL1的基因编辑小鼠表现出出色的抗高血压性和较高的骨矿物质密度,两者均与长颈鹿对高身材的适应性紧密相关。该研究结果有助于更深入地了解长颈鹿独特性状的分子机制,并可能为人类高血压研究提供见识。

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长颈鹿由于其异常长的脖子和腿而立即被识别出来,使其成为最高的陆生动物。长颈鹿在包括Lamarck和Darwin在内的不同进化思想流派中起着核心作用。据认为,它们不寻常的解剖结构具有多种选择优势。除了可以获取原本无法获得的食物资源之外,它们举起的头顶位置还提供了一个绝佳的有利位置,可用于扫描地平线并检测掠食者或竞争者,这两者对于它们的生存至关重要。然而,它们特殊的解剖结构还伴随着相当大的生理挑战。

最值得注意的是,心血管系统必须比大多数其他哺乳动物忍受两倍高的全身血压,才能为大脑提供血液。这种升高的静脉压力导致它们的心脏和小动脉壁肥大,以及循环系统的适应性变化,从而防止了长颈鹿抬高或放低头部时血压的突然变化。长颈鹿还因其较长的神经网络而出现神经运动延迟,并且由于其长腿而难以站立,这增加了休息和饮水的危险。它们还需要大大扩大和加强的颈部韧带,以支撑其长长而沉重的脖子。因此,长颈鹿提供了一个独特的案例,用于研究与极端身体计划有因果关系的几种不同特征的共适应或进化。

霍加狓(Okapia johnstoni)是Giraffidae家族中的现存成员,为基因组比较提供了有用的方法。2016年发表的一项研究提供了长颈鹿和霍加狓的第一个基因组草图,并确定了涉及颈部伸长和心血管适应的候选基因和途径。但是,这些最初的草图基因组是相对分散的,既会引入某些偏见又会限制某些分析的解释。此外,使用这些草图基因组进行的比较分析仅限于17,210个基因,这些基因通过与牛(Bos taurus)参考转录本对齐进行注释,从而限制了探索长颈鹿特有的基因组特征的解析能力,尤其是考虑到缺乏当时可获得的其他反刍动物基因组。

因此,可获得更高质量的长颈鹿基因组装配以及最近发布的约50个反刍动物物种的全基因组数据集,开辟了以更高的准确性鉴定长颈鹿特异突变的可能性。反过来,这提供了一个更好的资源,可以推断出真正的基因组变化,从而解释了长颈鹿独特的身体计划。

在这里,该研究报道了罗斯柴尔德长颈鹿(Giraffa camelopardalis rothschildi)的改进的染色体水平的基因组装配,对最近可用的反刍动物基因组进行比较分析的结果,以及至关重要的是,对基因中一个关键的心血管和骨骼基因的功能验证编辑的小鼠。这些结果提供了对长颈鹿解剖结构的遗传基础和相关适应的见解,特别涉及到心血管系统,这可能有助于治疗人类心血管疾病和高血压。

参考消息:

https://advances.sciencemag.org/content/7/12/eabe9459

编者按:本文转载自微信公众号:iNature(ID:Plant_ihuman),作者:椰子


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