高原赤狐(Vulpes vulpes montana)基因组揭示狐狸物种高海拔适应的分子机制

本研究通过构建首个染色体级别的高原赤狐(Vulpes vulpes montana)基因组，揭示了青藏高原两种狐狸(V. v. montana与V. ferrilata)高海拔(HA)适应的共性与特异性机制。研究发现免疫相关基因IGSF22S132F平行氨基酸位点突变显著增强缺氧条件下的基因表达，并上调血管生成相关基因(AKT1、ABCG2和VEGFA)表达，为理解食肉目动物极端环境适应提供了新视角。论文发表于《Communications Biology》。

　　

青藏高原被称为"世界屋脊"，平均海拔超过4000米，其低氧、强紫外线和极端低温环境对生物生存构成严峻挑战。尽管已有研究揭示了EPAS1等基因在藏獒、藏狼等物种高海拔适应中的作用，但食肉目动物特别是近缘物种的适应机制仍知之甚少。高原赤狐(Vulpes vulpes montana)和藏狐(Vulpes ferrilata)作为仅有的两种栖息于青藏高原的狐狸物种，前者适应高原环境仅约0.11百万年，后者则与高原隆升时间吻合，这为研究近缘物种的高海拔适应机制差异提供了理想模型。

曲阜师范大学的研究团队通过纳米孔测序和Hi-C技术首次完成了高原赤狐染色体级别基因组组装（2.34Gb，N50 139.03Mb），并开展比较基因组学分析。研究采用三代测序结合Hi-C染色体构象捕获技术完成基因组组装，通过BUSCO和CEGMA评估基因组完整性；利用OrthoMCL进行基因家族分析，PAML软件进行选择压力检测；通过细胞实验验证IGSF22^S132F突变功能，包括Western blot、qPCR和细胞凋亡检测等技术。

基因组组装与注释
高原赤狐基因组包含20,056个蛋白编码基因，重复序列占比43.65%。与北极狐(V. lagopus)、沙狐(V. corsac)基因组比较显示，性染色体在狐狸进化中保持高度保守性。

系统发育与群体历史
分子钟分析表明，高原赤狐与藏狐的分化时间（3.09 Mya）与青藏高原剧烈隆升期（3.6-3 Mya）吻合。有效种群大小分析揭示，藏狐在末次盛冰期经历严重瓶颈，而高原赤狐种群相对稳定，暗示二者适应策略差异。

基因家族动态演化
两种高原狐狸共同出现谷胱甘肽代谢(GO:0006749)和ATP水解活性(GO:0016887)相关基因家族扩张，可能与抗氧化和抗寒适应相关；而离子通道和嗅觉受体相关基因家族收缩，反映低氧环境的选择压力。

正选择基因分析
高原赤狐中DNA损伤修复、白细胞介素-6信号和Th17细胞分化相关基因受到正选择，对应高原强紫外线和免疫调节需求。值得注意的是，缺氧响应基因FAM13A和MAPKAPK5在两种狐狸中均被检测为正选择基因，但选择位点不同，提示既有共性又有个性化的适应机制。

平行氨基酸位点突变
发现27个基因在两种高原狐狸中存在平行突变，其中免疫相关基因IGSF22^S132F（第132位丝氨酸突变为苯丙氨酸）的功能验证显示：该突变使蛋白疏水性改变，在缺氧条件下表达量显著提升（p<0.01），细胞存活率提高13.61%，并显著上调血管生成基因AKT1、ABCG2和VEGFA的表达（p<0.05）。这种"免疫-血管生成"协同调控机制为理解高原适应提供了新视角。

该研究不仅提供了高质量的狐狸基因组资源，更揭示了食肉目动物高海拔适应的分子机制谱系。IGSF22^S132F的发现为缺氧相关疾病治疗提供了潜在靶点，其通过调控VEGFA等基因促进血管生成的作用机制，可能对高原病防治具有转化价值。研究还表明，即使亲缘关系相近的物种，其适应极端环境的遗传策略也可能存在显著差异，这对理解生物多样性形成机制具有重要意义。