《Comparative Biochemistry and Physiology Part A: Molecular & Integrative Physiology》：Identification of the HSP gene family in wild Daurian ground squirrel
(Spermophilus dauricus) and analysis of their expression during different hibernation stages
编辑推荐：
•在大五更地鼠中鉴定出一套完整的HSP基因家族图谱。•系统发育和结构分析揭示了保守的HSP进化特征。•41个HSP基因被归类为六个功能亚家族。•HSP40基因在冬眠期间表现出阶段特异性表达。引言冬眠是某些动物为度过漫长的严冬逆境而采用的一种特殊生理策略，其特征是反复交替的蛰伏
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在大五更地鼠中鉴定出一套完整的HSP基因家族图谱。
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系统发育和结构分析揭示了保守的HSP进化特征。
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41个HSP基因被归类为六个功能亚家族。
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HSP40基因在冬眠期间表现出阶段特异性表达。
引言
冬眠是某些动物为度过漫长的严冬逆境而采用的一种特殊生理策略，其特征是反复交替的蛰伏期和自发觉醒期。典型的蛰伏-觉醒周期包括进入蛰伏状态、经历一段深刻的低代谢期，随后自发觉醒回到正常体温状态。在整个冬眠季节中，小型哺乳类冬眠动物通常会经历10至20个独立的蛰伏-觉醒周期，确切数量受物种特异性特征、冬眠时长以及单次蛰伏持续时间的调节（Storey等，2010年）。在小型哺乳类冬眠动物中，单次蛰伏通常持续较长时间，并会被短暂的自发觉醒所打断，在此期间动物暂时恢复到正常体温状态（Carey等，2003年）。在蛰伏期间，与正常体温条件相比，代谢率、生理活动和能量消耗均显著降低，反映了在长期能量匮乏条件下对代谢的精密调控。越来越多的证据表明，冬眠涉及广泛的代谢重编程，整合了体温调节、能量代谢和内分泌调节（Wei等，2018年）。冬眠相关的极端生理条件，包括深度低温、显著降低的代谢通量以及在蛰伏和正常体温之间的反复转换，对细胞稳态构成了巨大挑战，尤其是蛋白质稳态。这些特征突显了阐明冬眠期间维持蛋白质稳态的分子机制的重要性。
大五更地鼠（Spermophilus dauricus），属于啮齿目松鼠科，为研究哺乳动物适应长期代谢抑制的分子机制提供了一个有价值的天然模型。为度过季节性的能量匮乏和恶劣的环境条件，该物种通常在10月进入冬眠，并于次年3月苏醒（Ren等，2022年）。它主要分布于中国北方的草原和半荒漠地区，被认为是储存脂肪型冬眠动物的代表性物种（Li等，2001年）。在冬眠期间，肝脏发生广泛的代谢重塑，肝脏在维持全身能量稳态中发挥核心作用。肝脏协调糖原代谢、糖异生和脂质动员，以在长期蛰伏期间维持能量供应，同时还参与清除低代谢条件下产生的代谢副产品（Kurtz等，2021年）。因此，肝脏为研究冬眠期间维持细胞稳态和应激耐受的分子机制提供了理想的组织。
热休克蛋白（HSPs）是一类进化保守的分子伴侣超家族，在响应多种环境和生理应激时维持蛋白质稳态。通过与新生肽链、未折叠或错误折叠的多肽相互作用，HSPs可防止蛋白质不可逆聚集，促进蛋白质的折叠、再折叠以及受损蛋白的靶向清除，从而在正常生理条件和应激暴露下维持细胞蛋白质稳态（Gu等，2023年）。HSPs作为一个整合的分子伴侣网络，对于从细菌到哺乳动物等广泛生物的应激耐受和代谢稳定性至关重要（Kumari，2025年）。在哺乳动物中，主要的HSP家族，包括HSP70、HSP90、HSP60、HSP40、HSP110和小HSPs（sHSPs），分布于多个细胞区室中，在保护蛋白质质量方面发挥关键作用，特别是在低温、氧化应激和代谢抑制等生理挑战条件下（Niinuma等，2023年）。尽管HSPs在传统模式生物和各种疾病背景下已被广泛研究，但其在自然冬眠哺乳动物中的基因组组成、进化分化和生理调控仍相对缺乏了解。例如，一项关于灰狐猴（Microcebus murinus）的研究考察了蛰伏期间的抗氧化和HSP响应，为灵长类动物的低代谢应激适应提供了见解，但在其他冬眠哺乳动物中类似的整合分析仍然缺乏（Wu等，2015年）。然而，将全基因组鉴定、进化表征和季节性表达谱分析整合在一起的全面研究在哺乳类冬眠动物中仍然有限。此类研究可能有助于阐明HSP在冬眠期间所经历的独特生理条件下与基因组组成和表达动态相关的特征。
本研究在大五更地鼠中开展了一项全面的全基因组HSP基因家族分析。对鉴定出的HSP基因的分子特征进行了评估，特别关注其理化性质和预测的亚细胞定位。为深入了解其进化保守性和基因组组织，我们进一步分析了其系统发育关系、保守结构域和基序以及染色体定位。为调查HSP在冬眠不同阶段肝脏中的表达动态，对各个阶段收集的肝脏组织进行了实时定量聚合酶链反应（RT-qPCR）分析。本研究扩展了我们对大五更地鼠HSP图谱的认识，并为未来研究冬眠期间HSP相关的应激反应提供了分子基础。
章节片段
HSPs的全基因组鉴定与表征
使用BLASTx，以人和小鼠的HSP序列作为查询序列，在大五更地鼠基因组中初步鉴定出40个候选HSP。随后基于保守结构域分析和人工审核验证了这些基因的身份，并将其分为6个主要HSP家族，包括3个sHSPs、26个HSP40、6个HSP70、3个HSP90、1个HSP60和1个HSP110 （表S2）。在这些家族中，HSP40家族的成员数量最多，相对于
讨论
冬眠是一种非凡的生理适应，使哺乳动物能够抵御食物匮乏和极端环境条件的长时间影响（Perry等，2025年）。在冬眠期间，哺乳动物经历深刻的代谢和生理调整，显著降低能量消耗，表现为代谢率、体温和体力活动的显著下降（Carey等，2003年；Ruf和Geiser，2015年）。冬眠的地鼠
结论
在本研究中，40个HSP基因可被分为六个不同的亚家族，并广泛分布于基因组中。系统发育和序列分析表明，这些基因高度保守，反映了其进化重要性。对冬眠不同阶段肝脏中HSP40表达的检查显示了阶段特异性响应，表明冬眠期间肝脏蛋白质稳态和自我保护机制存在动态调控。这些发现为深入理解
CRediT作者贡献声明
李占霞： 撰写—审阅与编辑、撰写—初稿、可视化、验证、方法论、调查、数据整理、概念构思。冯志清： 可视化、软件。王林娟： 资源、形式化分析。赞玉飞： 验证、调查。韩元锡： 调查、数据整理。刘梓扬： 软件、资源。张浩霖： 资金获取。袁正荣： 撰写—审阅与编辑、项目管理、方法论、调查。
资金支持
本研究受到国家自然科学基金资助（32671573、32270519）。
利益冲突声明
作者声明不存在可能影响本文所报告工作的已知竞争性经济利益或个人关系。
致谢
作者感谢编辑和审稿人的仔细审阅和宝贵意见，这对提高手稿质量具有重要意义。
李占霞|冯志清|王林娟|赞玉飞|韩元锡|刘梓扬|张浩霖|袁正荣
