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POMT2基因在哺乳动物寒冷适应中的分子生物学机制

批准号:
32170513
项目类别:
面上项目
资助金额:
59.0 万元
负责人:
曾琳
学科分类:
动物生理与行为
结题年份:
2025
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
王胜、杨敏敏、张锦锦、田航宇、尤昕冉、庄晓琳

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
在动物界,存在一种特殊的生物学现象,冬眠,它是某些动物在冬季外界环境条件恶劣时,例如食物和水的匮乏、天气寒冷等,而产生的一种适应机制。本研究基于申请人前期以冬眠哺乳动物作为研究对象,通过生物信息学手段对多个具有冬眠特性的哺乳动物基因组序列进行比较分析,发现POMT2基因在多个冬眠动物及大多生活在寒冷区域的哺乳动物中存在R->Q突变,推测该基因与寒冷适应相关。结合前人在黑腹果蝇中的研究,发现果蝇中的一种嗜冷突变体,正是由于POMT2基因作用的目的蛋白Dystroglycan表达的降低诱导了果蝇的耐寒性,从而偏向选择较低的生存温度,这也暗示了该基因在温度适应方面存在重要的功能。本项目拟通过结合分子层面的酶活性分析和蛋白表达、细胞层面的活性分析以及动物模型构建POMT2基因点突变小鼠观察动物行为和生理表型,从多个角度探索该基因在哺乳动物甚至冬眠动物中寒冷适应的生物学机制。
英文摘要
In the animal kingdom, there is a special biological phenomenon, hibernation, it is an adaptation mechanism in winter when the external environment conditions are harsh, such as the lack of food and water, low temperature. This study is based on the previous research based on comparative genome analysis of hibernating mammals through bioinformatics methods. We found POMT2 gene in multiple hibernating animals and a great many mammals live in the cold area contain a R -> Q mutation, indicating the genes related to cold adaptation. In combination with previous studies in Drosophila melanogaster, a kind of psychrophilic mutant reduced expression of the target protein of POMT2,Dystroglycan, induced the cold tolerance of Drosophila melanogaster, and thus preferred to live at a lower temperature, which also suggested this gene has an important function in temperature adaptation. This study intends to combine enzyme activity analysis, protein expression at the molecular level, activity analysis at the cell level and animal model construction of POMT2 point mutation mouse to observe animal behavior and physiological phenotype, so as to explore the cold adaptation biological mechanism of POMT2 in mammals and even hibernating animals from multiple perspectives.
冬眠是动物应对极端环境的一种生存策略。在冬眠期间,动物的体温、代谢率和耗氧量会大幅下降,身体会长时间处于低氧状态。哺乳动物冬眠表型相关的生物学机制仍未被完全揭示,基于此,本研究通过对六种冬眠哺乳动物以及五种非冬眠近缘物种的基因组进行比较,识别出5,561个高置信度的直系同源基因。运用保守位点收敛(CCS)和正选择(MEME)分析方法发现,POMT2基因第708位的精氨酸(R)被谷氨酰胺(Q)替换这一现象可能与冬眠性状相关。在所分析的244种哺乳动物里,该变异在多种适应缺氧环境的哺乳动物中普遍存在,频率高达65.06%,呈现出强烈的自然选择信号。 为验证其功能,研究团队运用CRISPR/Cas9技术构建了携带该突变的转基因小鼠。携带POMT2 R708Q突变的小鼠在经历慢性低氧暴露(10% O2,4周)后,其血氧饱和度显著高于野生型小鼠,并且呈现出红细胞平均体积(MCV)增大等生理适应特征,同时组织缺氧面积也明显缩小。进一步的转录组分析表明,该突变通过调控红细胞生成、血红蛋白代谢等相关基因的表达,提高了机体的携氧能力和氧利用效率。证实了POMT2的R708Q替换事件与冬眠哺乳动物低氧适应之间的关联。此外,该研究首次证实非洲睡鼠(Graphiurus kelleni)具备典型的冬眠(Torpor)行为,且能够在低温诱导下进入代谢抑制状态,是冬眠研究的潜在理想模型。尽管该物种并未携带POMT2 R708Q突变,但其突出的缺氧耐受能力为研究表型趋同提供了重要参照。
POMT2基因在哺乳动物寒冷适应中的分子生物学机制
基于基因组及转录组数据揭示貉子冬眠的分子遗传机制
  • 批准号:
    31801053
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    27.0万元
  • 批准年份:
    2018
  • 负责人:
    曾琳
  • 依托单位:
国内基金
海外基金