冷应激因子CIRP和HSP70与牦牛高寒低氧环境的适应性机制

Cold and hypoxia are the most important limited factors to the organisms living in the plateau region. Yak, known as"the plateau of the boat" have been obtained a stable genetic characteristics to adapt to the extreme climate of the Qinghai-Tibet plateau over a long period of natural selection. However, a few study about the adaptability of high-altitude hypoxia molecular mechanism is reported at present due to the restrict of its geographical distribution. Our project will be carried out by using the methods of immunohistochemistry, RT-PCR and Western-blot to reveal the change of CIRP and HSP70 in the yak living the different altitude, to compare the data from the cattle living in low altitude area and the cattle-yak (yak and cattle hybrids) living in a altitude area between the yak and the cattle. The aims of the project are going to focus on：① clarify wether the ecological factors stress of the different altitude activate the different cold stress protein (CIRP and HSP70 ) in the same animal (yak ); ②to determine wether the different cold stress proteins will be produced under cold stress condition in different animals (yak, cattle-yak and cattle) ; ③to reveal the relation of CIRP and HSP70 with the changes of altitude. This results of the project will provide a basic information for animals and human beings to adaption of the envriorment in high mountain plateau areas .

高寒和缺氧是高原地区最主要的生态限制因子。素有"高原之舟"之称的牦牛经过长期的自然选择,获得了适应高寒低氧环境的稳定遗传学特性，但有关其分子机制的研究很少。本课题拟采用免疫组化法、RT-PCR法和Western-blot法分析生活在不同海拔高度牦牛体内的冷应激因子CIRP和HSP70的变化，然后通过与生活在低海拔的黄牛及生活在介于牦牛与黄牛中间的犏牛（牦牛与黄牛的杂交后代）的比较，从组织水平、分子水平和蛋白水平三个层面分别阐明：①相同的动物（牦牛）对不同海拔高度的生态因子的应激是否启动不同的冷应激蛋白表达（CIRP 和HSP70）；②不同的动物（牦牛、犏牛和黄牛） 在冷应激状态下是否启动不同的冷应激蛋白; ③ CIRP和HSP70在随海拔变化时，两者之间的作用是否有关联。本研究不仅将揭示牦牛的高寒缺氧环境的适应性机制，并将为人类适应高原提供科学理论依据.

牦牛作为生活在青藏高原地区的特有物种，对研究高寒低氧环境的适应性机制具有重要的意义。本项目运用Real-time、 PCR、WB、免疫组化和免疫荧光方法，研究了不同海拔牦牛、黄牛和犏牛CIRP和HSP70在体内不同器官组织中的差异性表达，阐明了CIRP和HSP70对牦牛适应高寒低氧环境的调控机理。此外，在已完成申请项目内容的基础上，还探究了HSP27/70/90对牦牛不同生长周期皮肤毛囊的影响、牦牛和犏牛睾丸发育及精子成熟的调控，及不同器官组织的组织学特征。主要成果为：（1）实验克隆出牦牛CIRP基因序列， CIRP的基因和蛋白检测发现在牦牛心脏、大脑、睾丸、皮肤表达量较高，在肺脏表达量最低。（2）生活在不同海拔的牦牛、黄牛和犏牛机体内CIRP的表达存在差异性，低温、低氧及强紫外线辐射都能诱导CIRP的表达，其对牦牛适应低温环境具有重要的调控作用。（3）不同海拔牦牛、犏牛和黄牛的不同器官组织中HSP70的表达存在差异性。不同性别、不同组织中 HSP蛋白的表达差异很大，牦牛乳腺组织中泌乳期比非泌乳期高3倍。（4）HSP70/90在雌牦牛的肾脏表达最高，雄牦牛的则在睾丸中最高；通过相关分析发现CIRP和HSP70都具有抗应激损害和细胞凋亡的作用。（5）雌牦牛生殖系统中HSP70的表达在卵巢、输卵管和子宫中依次降低；HSP70/90在雌雄牦牛非生殖系统器官中表达具有明显差异。HSP27和HSP70促进牦牛睾丸的发育和精子成熟，而HSP90可能诱导犏牛的精子发生凋亡。此外，HSP27/90对牦牛毛囊的生长和退行有着促进作用，HSP70促使毛囊进入休止期，阳性反应主要呈现于皮肤表皮层和毛囊的外根鞘。（6）课题组还系统研究了牦牛心脏、肝脏及胆管、肾脏、脾脏、小肠、皮肤及其附属器官的组织学结构特点。研究成果为阐明CIRP和HSPs调节牦牛机体各器官适应高寒低氧环境提供了重要的理论依据，对进一步研究牦牛和犏牛器官组织的组织学特点和生理功能提出了新的科学突破点。