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《青藏高原发现人类适应高海拔极端环境最早证据》

  • 来源专题：中国科学院亮点监测
  • 编译者： feifei
  • 发布时间：2019-01-08

  • 11月30日，《科学》杂志在线发表中国科学院古脊椎动物与古人类研究所的一篇研究论文，公布了尼阿底遗址这处来自青藏高原腹地的重大考古发现及其研究成果。该发现将人类首次登上青藏高原的历史推到3万至4万年前，书写了世界范围内史前人类征服高海拔极端环境最高、最早的纪录。

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相关报告

  • 《成都生物所在蛇类高海拔环境的适应机制研究中获进展》
    • 来源专题：中国科学院亮点监测
    • 编译者：yanyf@mail.las.ac.cn
    • 发布时间：2018-10-17
    •         大多数生物通常都对其生存环境有一定要求，超出适宜的范围就难以存活；但有一些生物却可以在强辐射、缺氧等极端环境中繁衍生息，这类生物被称为极端环境生物。由于其独特的生活环境，长期的适应性进化使得这些生物在基因结构组成、酶特性及代谢功能等方面均不同于其它生物。           温泉蛇属Thermophis隶属于游蛇科，该属目前包括三个物种：温泉蛇Thermophis baileyi、四川温泉蛇Thermophis zhaoermii和香格里拉温泉蛇Thermophis shangrila，它们为中国特有的珍稀保护物种，是世界上分布海拔最高的蛇类之一。它们均生活于青藏高原海拔范围为3500~4400米的地区，主要栖息在温泉附近的石堆、水边和沼泽草甸中。温泉蛇的起源和演化与青藏高原的形成和隆起有着密切的联系。         目前，全世界已知蛇类约有3600种，主要分布在热带、亚热带和温带地区，少数在寒带地区。从垂直分布来看，沿海、沿湖低地到海拔1000米上下的种类最多，有一部分种类分布在海拔2000~3000米的地方。早在1907年，温泉蛇作为唯一一种生活在青藏高原海拔4000米以上的蛇被英国人Frank Wall首次发现时，就已经“颠覆”了人们对当时现有蛇类的认知。同时，青藏高原寒冷、氧分压低、紫外线辐射强烈的特点，造成其许多地区不适合人类居住甚至是生命禁区，是亚洲人口最稀少的地区。前期的许多研究都集中在恒温动物对高原的适应，如高原人类、高原牦牛等。缺乏对高原变温动物适应高原环境遗传机制的研究，而温泉蛇正好为我们揭开变温动物高海拔适应之谜提供了良好的动物模型。         中国科学院成都生物研究所李家堂等研究团组对温泉蛇进行了全基因测序，将得到的全基因组序列和同属物种及亲缘关系较近的低海拔物种全基因组进行重测序，融合已发表的9个低海拔物种全基因组序列，利用比较基因组学分析，在高海拔温泉蛇属三个物种中发现了27个不同蛋白中的27个共有氨基酸替换。这些突变多与免疫、低氧适应应答和DNA修复等功能相关。分子功能实验验证的结果表明，与DNA修复相关的FEN1（瓣状核酸内切酶-1）基因的突变型相对于野生型（低海拔物种基因类型）在紫外照射下具有更强的稳定性，推测突变有助于温泉蛇属物种在高海拔环境中对紫外线的抵抗。与西藏人相似，作为高原物种，温泉蛇EPAS1（内皮PAS结构域包含蛋白-1）基因的突变减弱了其调节下游基因红细胞生成素表达的能力，进而导致温泉蛇血红蛋白浓度处于较低水平，是温泉蛇适应高海拔低氧条件的重要原因。           该研究成果以题为“Comparative genomic investigation of high-elevation adaptation in ectothermic snakes”（比较基因组学研究解析变温动物蛇类对高海拔环境的适应） ，于北京时间2018年 8月1日凌晨在线发表在国际学术期刊PNAS（《美国科学院院刊》）。本研究得到了中国科学院战略性先导科技专项和前沿局重点项目，国家自然科学基金和中国科学院青促会项目等经费资助。
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  • 《武汉植物园揭示高山植物适应高海拔环境的基因组水平趋同进化》
    • 来源专题：生物育种
    • 编译者：季雪婧
    • 发布时间：2023-11-10
    •     趋同进化指不同物种在适应相似环境压力下，呈现出相同进化特征的现象，是体现自然选择在进化中作用的直接证据。利用基因组数据解析趋同进化的分子机制，为理解物种极端环境适应性进化提供重要线索。青藏高原地貌复杂多样，环境异质性强，孕育着丰富的生物多样性，高山生境易受环境变化影响，是探究物种适应性进化的天然实验室。生长在高海拔地区的许多植物具有“温室”状苞叶结构、密被长棉毛以及垫状结构等趋同进化的现象。然而，高山植物适应高海拔环境分子水平的趋同进化仍待进一步研究。   武汉植物园王恒昌研究员团队首次获得了高山植物菊科风毛菊属苞叶雪莲和蓼科大黄属苞叶大黄高质量基因组，并整合已公开发表的高山植物基因组，在被子植物层级探讨了植物适应高海拔环境的趋同进化分子机制。结果发现，高山植物基因组中抗病相关的基因家族发生收缩，推测与生长在高海拔恶劣环境下的病原菌较少有关。基因选择压力和蛋白进化速率的综合分析表明，与自交不亲和、细胞壁修饰、DNA修复和抗逆性相关的基因或通路发生趋同进化，是高山植物适应极端寒冷、高紫外线辐射和缺氧环境重要的遗传基础。利用苞叶雪莲不同组织的转录组数据，揭示了与角质层蜡质和类黄酮生物合成途径相关基因在叶状苞片中有较高的表达水平，初步探讨了适应性“温室”性状的分子机理。该研究采用整合生物学思想，在基因组水平剖析高海拔环境适应的分子趋同进化，对深入理解高山植物的适应策略和多样性维持机制具有重要意义。   研究结果以“Genomic convergence underlying high-altitude adaptation in alpine plants”为题，发表于植物学领域著名期刊Journal of Integrative Plant Biology。系统与进化课题组特别研究助理张旭为该论文的第一作者，王恒昌研究员、昆明植物所邓涛研究员和孙航研究员为通讯作者。研究得到第二次青藏科考项目、中国科学院战略性先导科技专项和国家自然科学基金重点项目资助。
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