染色体水平基因组揭示高原鼠兔(Neodon fuscus)的高海拔适应演化机制

为解决高原物种适应极端环境的遗传机制问题，陕西师范大学团队通过Nanopore和Hi-C测序技术组装了Neodon fuscus染色体水平基因组，结合比较基因组学和转录组分析，揭示了DNA损伤修复基因(Atm、Pdia4)、精子质量相关基因(Idh3b、Atplb1)的正选择信号，以及氧化应激基因(Nrp2、Cat)的趋同演化。该研究为理解啮齿类动物高海拔适应提供了新视角，成果发表于《BMC Genomics》。

　　

青藏高原作为世界海拔最高的高原，平均海拔超过4500米，其极端环境（低氧、强紫外线辐射和低温）对本土哺乳动物提出了严峻的生存挑战。尽管已有研究揭示了人类和家养动物（如牦牛、藏羊）的高原适应机制，但对小型啮齿类动物的遗传适应认识仍存在空白。Neodon属作为青藏高原特有的啮齿动物类群，长期栖息于海拔3700-4800米的草甸和灌丛环境，是研究高原适应的理想模型。然而，此前该属仅有N. shergylaensis的支架级别基因组，严重限制了对其适应机制的深入探索。

陕西师范大学的研究团队通过Nanopore长读长和Hi-C染色质构象捕获技术，成功组装了N. fuscus染色体水平参考基因组（ scaffold N50达83.80 Mb），填补了该属高质量基因组的空白。研究整合比较基因组学、趋同演化分析和结构变异检测，揭示了Neodon物种适应高原环境的分子机制。

关键技术方法包括：1) 基于Nanopore和Illumina数据的混合组装与Hi-C染色体锚定；2) 转座元件(TE)进化分析；3) 正选择基因(PSGs)和快速演化基因(REGs)的branch-site模型鉴定；4) PCOC软件检测高原物种趋同位点；5) SVIM-asm识别谱系特异性结构变异；6) 心脏组织RNA-seq分析缺氧响应基因表达。

基因组特征与进化分析
N. fuscus基因组注释显示MHC区域（0.77 Mb）显著扩张，含50个基因（如H2-EB1的5个拷贝），可能通过增强免疫功能应对高原压力。转座元件分析发现LTR（11.84%）和LINE（7.51%）的谱系特异性扩增，提示病毒防御与基因组可塑性的关联。

高海拔适应关键基因
在Neodon祖先分支中鉴定到559个PSGs和710个REGs，包括：

• DNA修复机制：Atm基因（调控非同源末端连接NHEJ）携带K2404N突变（FAT结构域），可能增强基因组稳定性；Pdia4基因的D533N变异通过内质网应激(ERS)响应促进蛋白质正确折叠。
• 生殖适应：Idh3b（精子线粒体功能）和Atp1b1（低温耐受）的快速演化，可能维持高原环境下雄性繁殖成功率。

趋同演化信号
对比高原物种（鼠兔、高原鼢鼠等），发现363个基因存在趋同选择，包括：

• 血管调控：Nrp2（EPAS1下游靶点）在缺氧条件下表达稳定，而小鼠中显著下调，暗示其参与血管稳态维持。
• 抗氧化防御：Cat基因的3个趋同位点（如P69L）可能增强活性氧(ROS)清除能力。

谱系特异性结构变异
Map3k6基因外显子26的24-bp缺失在13个Neodon物种中保守存在，缺氧时表达下调（与小鼠相反）。该基因通过抑制VEGF通路可能调控血管生成速率，避免过度 angiogenesis带来的代谢负担。

结论与意义
该研究系统解析了Neodon通过多层面策略适应高原环境：1) 扩张免疫基因（如MHC）应对病原压力；2) 优化DNA修复和氧化防御体系；3) 生殖相关基因的定向演化；4) 血管生成关键通路（如Map3k6）的谱系特异性调控。这些发现不仅丰富了小型哺乳动物高原适应的理论框架，其高质量基因组资源也为后续研究提供了重要基础。值得注意的是，高原物种在肿瘤相关基因（如Vav3、Adam8）的趋同选择，可能反映了低氧环境下平衡 angiogenesis与癌变风险的进化策略，为人类高原医学研究提供了新线索。