青藏高原地区恒河猴对高海拔环境的适应性进化研究

Rhesus macaque (Macaca mulatta) is the only non-human primate with a wide distribution from high altitude (Qinghai-Tibetan Plateau) to middle and low altitude (Hainan, etc.) in China,and thus it may be the best model animal to research the adaptive evolution of primate species to high-altitude environment. In this project, approximately 110～140 rhesus macaque samples will be collected at the Qinghai-Tibetan Plateau and other middle and low-altitude areas mainly using non-invasive sampling way. We will select 10 genes that have been shown to be significantly associated with the adaptability to alpine-hypoxia extreme environment in other animals by the numerous studies as candidate genes, and the coding and regulatory regions of these genes are isolated and sequenced by using PCR-DGGE and directly sequencing or cloning and sequencing technology. High-throughput sequencing of intestinal microbial 16S rDNA hypervariable region is also conducted in some rhesus macaques using the 454 pyrosequencing method. Adaptive evolution model of the Qinghai-Tibetan Plateau rhesus macaque to the high-altitude extreme environment will be explored from two different perspective of resistant alpine hypoxia and gut microflora based on analysis methods of population genetics and bioinformatics. These results will play an important role in clarifying the genetic or biological mechanisms of adaptability of rhesus macaque to high-altitude extreme environment, and improve the biomedical research on control and prevention of altitude sickness and other diseases relative to hypoxia in which rhesus macaque and other non-human primates are used as model animals.

恒河猴是我国唯一在高海拔（青藏高原）和中、低海拔（海南等）地区均有分布的一种非人灵长类动物，可能是研究灵长类动物对高海拔环境适应性进化的最佳模式动物。本项目拟对青藏高原地区及其它中、低海拔地区的恒河猴进行采样（主要以非损伤性法）约110-140个。选取在其它物种中已有多项研究表明与高寒低氧极端环境适应显著相关的10个基因为候选基因，采用PCR-DGGE、直接或克隆测序等技术对其编码区和调控区进行分离、测序；也采用454焦测序法对部分恒河猴个体的肠道微生物16S rDNA高变区进行高通量测序。而后采用种群遗传和生物信息学的分析方法进行统计与进化分析，从耐高寒低氧和肠道微生态的角度探索青藏高原地区恒河猴对高海拔环境的适应性进化模式，对于阐明恒河猴对高海拔极端环境适应的遗传或生物学机制具有重要的意义，也有助于促进以恒河猴等非人灵长类动物为动物模型开展人类对于高原反应及其它缺氧相关疾病防治的研究。

恒河猴是我国唯一在高海拔（青藏高原）和中、低海拔（海南等）地区均有分布的一种非人灵长类动物，可能是研究灵长类动物对高海拔环境适应性进化的最佳模式动物。本项目首次对青藏高原地区及其它中、低海拔地区的恒河猴进行广泛采样（主要以非损伤性法），对部分高寒低氧适应相关基因进行了PCR扩增和测序，以及对不同海拔地区恒河猴肠道微生物16S rDNA的高变区进行了高通量测序，随后采用种群遗传和生物信息学的分析方法进行了统计与进化分析，以从耐高寒低氧和肠道微生态的角度探索青藏高原地区恒河猴对高海拔环境的适应性进化模式，主要取得了以下结果：1) 已在覆盖中国恒河猴不同海拔分布地区收集了约300个野生恒河猴样品，大多数样品进行了总DNA的提取，所有样品均保存于-80℃冰箱中，为深入开展恒河猴的遗传与进化研究奠定了重要的基础。2）已对部分高寒低氧相关基因（EPO、GPR50、HIF-1ɑ、Mhc-DQB1等）在恒河猴及相关的灵长类动物中成功地进行了PCR扩增、测序和进化分析，结果表明部分候选基因序列在恒河猴的高海拔环境适应中存在着一些关键性位点或区域。例如，EPO蛋白的氨基酸序列上有5个位点（12S,52H,81V,108W,115V）表明受到了一定的正向选择作用；GPR50基因的碳末端（CTD）在灵长类的进化中具有显著加速的趋势，暗示着CTD区在灵长类的适应进化中可能起到一个关键的作用；HIF-1ɑ基因中的一些SNP位点如 rs292834672、rs287892340 TT基因型仅发现于高海拔地区的恒河猴中，表明这些位点在恒河猴的高海拔环境适应中可能起着重要的作用。3）对不同海拔地区野生恒河猴肠道微生物16S rDNA的测序与分析，结果发现西藏恒河猴肠道微生物多样性最高且具有最多的特有性OTU，尤其是厚壁菌门（Firmicutes）最为丰富。这些结果对于深入了解恒河猴对高海拔极端环境适应的遗传学机制具有重要的意义，也有助于促进以恒河猴等非人灵长类动物为动物模型开展人类对于高原反应及其它缺氧相关疾病防治的研究。已公开发表SCI收录论文10篇，获授权实用新型专利5项。