探秘野猪抗寒密码:维生素 A 介导的产热机制与基因复用策略

【字体: 时间:2025年01月25日 来源:Communications Biology 5.2

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  野猪能在寒冷地区生存,但其迁移历史和冷适应机制不明。研究人员分析全球野猪基因组和转录组数据,发现俄罗斯野猪起源时间,明确基因流情况,揭示维生素 A 代谢相关冷适应机制,为理解猪进化和冷适应提供新视角。

  在动物世界里,野猪堪称适应环境的 “高手”,它们不仅能在热带丛林穿梭,还能在西伯利亚的冰天雪地中顽强生存。可奇怪的是,野猪的祖先来自温暖的东南亚岛屿,且小猪崽缺乏棕色脂肪(Brown Adipose Tissue,BAT),关键的产热基因解偶联蛋白 1(Uncoupling Protein 1,UCP1)也失活了,这使得它们的体温调节能力很差。那野猪究竟是如何在寒冷地区开疆拓土、繁衍生息的呢?这个谜团一直困扰着科学界。此前,虽然对家猪的冷适应有过研究,但由于人类活动干扰,很多关键信息被掩盖了。为了揭开这个神秘面纱,江西农业大学国家生猪遗传改良与生产技术重点实验室等机构的研究人员踏上了探索之旅,他们的研究成果发表在《Communications Biology》上。
研究人员采用了多种技术方法。在样本采集方面,收集了来自全球不同气候区 124 头野猪的高质量全基因组重测序数据,包括新补充的 47 头俄罗斯野猪、8 头中国南方野猪和 3 头越南野猪;还采集了 6 头俄罗斯远东地区野猪和 6 头中国南方野猪 10 种组织的样本用于转录组测序。在数据分析阶段,运用最大似然树(ML tree)、主成分分析(PCA)等方法探究遗传关系,利用复合选择信号(CSS)测试筛选受选择的基因区域,通过 KEGG 和 GO 富集分析研究基因功能和相关通路 。

研究结果丰富且意义重大。在遗传关系和种群历史方面,构建的 ML 树和 PCA 分析显示,欧洲和亚洲野猪分别从南亚独立快速扩散。俄罗斯野猪(Russian wild boar,RUA 和 RUE)在约 10,000 年前和 7,000 年前出现在俄罗斯的亚洲和欧洲部分。通过 admixture 和 migration 分析发现,欧洲野猪(European wild boars)有从南向北的入侵路线,且 RUE 的亚洲血统来自 RUA1,过去 100 年存在大量基因流。

在冷适应相关基因方面,对 RUA 进行 CSS 测试,发现 UGT2B31 基因所在区域有强选择信号,其一个错义突变与温度显著相关,在欧亚野猪谱系中,随着温度降低,衍生等位基因频率增加。蛋白结构预测表明,该突变可能增强 UGT2B31 编码蛋白的底物捕获和结合能力。此外,还鉴定出 ANGPTL8、RLN3 等多个与体温调节和代谢相关的基因。

转录组分析层面,对 12 头野猪 10 种组织的转录组数据进行分析,发现 RUA 和中国南方野猪(South Chinese wild boars,SCW)在多数组织的转录组谱存在差异。KEGG 和 GO 富集分析显示,视黄醇(维生素 A)代谢途径在多个 RUA 组织中显著富集,该途径相关基因 UGT2B31、LRAT 等在肝脏中独特上调,且 ANGPTL8 在肝脏中也显著上调。同时,COX2 在 RUA 的多个组织中高表达,ZBTB20 在所有 10 种组织中显著上调,表明节律调节在冷适应中起关键作用。

综合来看,研究人员系统地揭示了俄罗斯野猪的起源和种群历史,否定了俄罗斯是亚洲野猪向欧洲扩散路线的假设,明确 RUE 中的 RUA 遗传成分是近 100 年人类介导引入的结果。更重要的是,发现维生素 A 代谢通路在野猪冷适应中至关重要。寒冷刺激使野猪体内维生素 A(视黄醇类物质)水平上升,UGT2B31 基因将其转化为无毒性且功能更活跃的 RAG(retinoyl-β-glucuronide),增强了野猪在多器官的氧化、产热和脂肪分化能力,补偿了棕色脂肪 / UCP1 产热的缺陷。此外,研究还发现了一系列节律调节基因,表明昼夜节律在野猪冷适应中参与调节体温。这项研究为理解哺乳动物冷适应机制提供了新依据,也为医学和农业的分子育种及功能研究提供了宝贵的基因组资源。

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