基于Asl、Aspscrl基因探究紫貂(Martes zibellina)对高血糖的适应机制

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紫貂(Martes zibellina)广泛分布于北纬50°以北的针叶林和针阔混交林中,在中国仅新疆阿尔泰和东北长白山等北部地区存在。由于捕杀等人类活动,导致野生紫貂数量稀少,于1989年被中国列为国家一级重点保护野生动物。目前对紫貂的研究包括形态、生境、食性、繁育等方面。经研究,我们发现紫貂血液生化学的特点是血糖值较高,其空腹血糖浓度为10.8±0.95 mmol/L,显著高于人和其它食肉动物(p<0.05),但却没有相关器官和功能的损伤。为探究紫貂对高血糖的适应,我们对KEGG中与高血糖及其并发症相关的基因进行选择压力分析,结果在紫貂中发现Aspscr1、Asl、Mib1属于正选择基因,随后根据基因功能域区间和蛋白质三维结构预测的整体结果,挑选Asl、Aspscr1基因分别构建突变前后表达载体,借助体外实验的方法来探究紫貂对高血糖的适应,研究主要结果如下:1.借助PAML软件包中的枝位点模型对筛选所得与高血糖适应相关的基因进行选择压力分析,结果显示紫貂Asl基因在第109、110、119和328号位点存在基因突变,分别是K37A、M40R和S110A的非同义替换;Aspscr1基因在第991和992号位点存在基因突变,发生H331C的非同义替换;Mib1基因在第964、965号位点发生A322N的非同义突变,并且重测序结果表明上述突变在紫貂中广泛存在,并非假阳性结果。Asl、Aspscr1和Mib1基因作为紫貂正选择基因,提示紫貂在进化的过程中发生了对高血糖分子层面的适应。2.为了解功能基因的突变位点在蛋白质中的区域及其可能造成的结构变化,我们利用SWISS-MODEL等软件预测了上述基因的保守结构域和突变前后的蛋白质三维结构,预测结果表明:紫貂Asl基因突变位点位于1-180号氨基酸位点的Lyase保守结构域中,Aspscr1基因突变位点位于295-366号氨基酸位点的UBX domain保守结构域中,Mib1基因突变位点并未位于其保守结构域中。蛋白质三维结构显示非同义替换位于ASL蛋白不同的螺旋区,对蛋白质的结构有着重要影响,ASL蛋白突变前后的结构变化也印证这一点;Aspscr1基因与Mib1基因突变位点同样位于螺旋区,对突变前后蛋白质三维结构预测发现变化微小。紫貂正选择基因突变导致蛋白质结构发生变化,其蛋白结构变化导致其功能可能发生改变,由于Mib1基因突变位点并未位于其保守结构域内,因此后续仅对紫貂Asl和Aspscr1特异基因的功能变化进行初步验证。3.ASL蛋白参与催化生成NO的唯一前体,作为体内一种自由基分子,NO具有扩张血管,提高胰岛素敏感性等功能;TUG蛋白能捕获细胞内的GLUT4,对葡萄糖吸收具有重要的调节作用。为进一步探究突变对ASL(Asl)和TUG(Aspscr1)蛋白的影响,我们利用体外实验进行验证,成功构建紫貂型和突变型Asl、Aspscr1基因表达载体后,转染HEK-293T细胞提取蛋白质,免疫印迹结果表明突变前后ASL蛋白表达量没有明显差异,精氨酸酶偶联实验发现紫貂型ASL具有更高的酶活性。对于Aspscr1基因,葡萄糖吸收实验表明TUG蛋白突变前后细胞葡萄糖吸收能力没有明显差异。综上,本文研究结果表明紫貂Asl基因突变导致精氨琥珀酸裂解酶活性显著升高,可能导致体内NO生成增多,对于缓解血糖浓度过高带来的危害有重要作用,有助于紫貂更好地适应高血糖表型。
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