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骆驼DNA可以解决适应气候变化的关键问题

沙特和中国研究人员对骆驼基因组的分析可能有助于阐明对气候变化的适应性以及哮喘和糖尿病等疾病背后的机制。

该研究发表于Nature Communications,是沙特阿拉伯国王阿卜杜勒阿齐兹科技城(KACST),北京基因组学研究所和内蒙古农业大学的合作项目。

骆驼DNA可以解决适应气候变化的关键问题

研究人员对双峰亚洲骆驼,单峰阿拉伯骆驼和其最近的亲戚羊驼之一的基因组进行了测序。他们还测序了亚洲骆驼的RNA。阿拉伯骆驼基因组是第一个在中东进行测序的哺乳动物基因组。

“骆驼对我们的经济产生了重大影响[在沙特阿拉伯]所以我们需要研究来改善骆驼品种及其牛奶和肉类产量,”KACST科学研究支持副总裁Abdulaziz Al-Swailem说。

亚洲和阿拉伯骆驼生活在极端沙漠环境中 - 使其成为研究沙漠适应性的理想模型。它们容忍温度超过40°C且水分损失超过其总体重的25%,极端情况会导致其他栖息地的哺乳动物脱水和死亡。

羊驼生活在南美洲的高海拔地区,并没有表现出与沙漠环境相同的适应性。

研究人员根据来自10个物种的7,398个基因组构建了一个进化树,包括骆驼科动物(双峰驼,单峰骆驼和羊驼)。他们的研究结果表明,骆驼特有的进化可能适应沙漠环境。

通过分析单核苷酸多态性的数据,他们还能够研究骆驼种群的历史上升和下降:人群中常见的DNA变异。他们的数据表明,人口规模的变化与地质年代,气候变化时期,跨大陆迁徙以及现代人类从非洲流入欧亚大陆之间的转变相吻合。

研究人员对骆驼科动物基因组进行了比较分析,所有三种骆驼科动物都表现出与细胞对胰岛素反应相关的基因以及与能量,葡萄糖和脂肪代谢有关的基因的快速进化。

进化和适应

我们将对沙特阿拉伯的不同品种进行测序,并在阿拉伯骆驼物种中进行比较基因组学研究。

这两头骆驼在与DNA损伤,修复和免疫反应相关的基因中加速进化。与羊驼相比,显而易见的是,与肺发育相关的基因已迅速进化,可能使它们能够承受沙漠环境中与空气中尘埃有关的呼吸挑战。

与视觉感知相关的基因也显示出快速的进化发展,这表明骆驼能够忍受长时间暴露于紫外线而不损害其视力的遗传基础。

与钠和钾运输相关的基因差异表明,骆驼可以比羊驼和牛更有效地代谢和运输盐。这对水重吸收很重要。

进一步分析表明,骆驼能够在缺水条件下更有效地重吸收水。此外,当水缺乏时,它们调节钠重吸收的能力可能对于生存至关重要。似乎骆驼的特征性高血糖水平确保足够的能量来适应水限制的影响。

鉴定涉及适应沙漠环境的关键基因可以促进选择性育种,以增加具有与例如速度和产奶量相关的有利遗传性状的骆驼的比例。

关于骆驼基因组和RNA的未来研究也可能有助于更好地理解某些人类医学状况中涉及的生理机制,如高血压,糖尿病,肥胖和呼吸系统疾病。

骆驼具有独特的免疫系统,包括“纳米体”,特别是抗恶劣条件的特殊抗体,KACST国家生物技术中心经理和研究相关教授Mohamed Al-Fageeh解释说。通过基因组测序更深入地了解该系统可以帮助开发新的人类疫苗接种方法和改进的抗体疗法。他补充说,了解骆驼极高血糖水平所涉及的分子机制可能为糖尿病治疗的发展铺平道路。

研究人员还认为,骆驼科动物基因组可用于研究气候变化的生物适应性.KACST资助了这项研究,并参与了阿拉伯骆驼基因组的测序。“我们的下一步是对更多的骆驼进行排序,”Al-Fageeh说。“我们将对沙特阿拉伯的不同品种进行测序,并在阿拉伯骆驼物种中进行比较基因组学研究。”

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