藏雞高原低氧環(huán)境適應(yīng)機制的研究進(jìn)展

(青海大學(xué)生態(tài)環(huán)境工程學(xué)院，青海 西寧 810016)

0 引言

藏雞(又名藏原雞)是青藏高原地區(qū)特有的原始小型地方品種，該雞體型偏小，性情活潑好斗，胸肌和羽翼發(fā)達(dá)，善于登高飛翔，常處于半野生狀態(tài)，具有良好適應(yīng)高原地帶生長、繁殖的能力[1]。藏雞多分布在青藏地區(qū)海拔2 200～4 100 m的半農(nóng)半牧區(qū)，其分布區(qū)域主要有西藏的拉薩市、山南、昌都地區(qū)東南部，那曲地區(qū)東部、日喀則地區(qū)中東部和阿里地區(qū)西南部，以雅魯藏布江中游流域的河谷區(qū)和西藏東三江中游流域的高山深谷區(qū)分布最多，另外，青海省玉樹藏族自治洲東部和云南省西部迪慶藏族自治洲也有少量分布[2]。

藏雞因長期面對低氧環(huán)境下氧分壓降低的問題，其機體生理表型方面已獲得較強的適應(yīng)能力，在低氧環(huán)境下圍繞缺氧建立起一系列復(fù)雜的代償機制，且具備了穩(wěn)定的遺傳學(xué)基礎(chǔ)[3-5]。目前，在高原地區(qū)引進(jìn)優(yōu)良低海拔雞種后，很難適應(yīng)缺氧環(huán)境。因此，對藏雞低氧適應(yīng)機制的研究迫在眉睫。文章綜述了藏雞適應(yīng)高原低氧環(huán)境的部分生理機制，以期為未來的高原引種、雜交選育等提供參考。

1 藏雞生理表型對低氧環(huán)境的適應(yīng)

1.1 藏雞供氧途徑對低氧環(huán)境的適應(yīng)

在高原低氧環(huán)境下，藏雞供氧途徑具備了良好的對于低氧環(huán)境的適應(yīng)能力[6]。

1.1.1 藏雞內(nèi)臟器官系數(shù)

藏雞胸腔較之低地雞發(fā)達(dá)，腹腔較小，使得藏雞呼吸次數(shù)增多且肺含量相對較大。且藏雞肺部肺泡多、體積小，肺泡面積大，單位面積毛細(xì)血管多，肺泡間隔中彈性纖維含量較多。有利于肺動脈血液對肺地灌注，減緩肺動脈壓力的增加，還增強肺吸氣后肺部的彈性回縮，促進(jìn)肺氣體地排出[7]。同時發(fā)現(xiàn)藏雞心臟占體重的百分比較之低地雞種稍高，但不明顯[8-9]，異于其他已具有穩(wěn)定低氧適應(yīng)遺傳的動物(如小鼠)。這說明藏雞的低氧環(huán)境適應(yīng)性并沒有通過增加心肺的相對重量來實現(xiàn)，可能主要通過提高無氧呼吸比率和提高心肌SDH活性來提高有氧呼吸代謝能力[10]。同時藏雞的脾臟比率顯著大于低地雞種，可能因為脾臟具有造血功能，藏雞則通過加強脾臟功能體現(xiàn)對低氧環(huán)境的適應(yīng)性[11]。

1.1.2 藏雞血液生理指標(biāo)

紅細(xì)胞是脊椎動物體內(nèi)運送氧氣最主要的媒介，在低氧環(huán)境中，藏雞紅細(xì)胞數(shù)目增加，體積減小，紅細(xì)胞總表面積增加，利于增加氧氣結(jié)合效率；同時，血漿粘滯度降低，加速血液流動[12]。隨著海拔上升，藏雞血液血紅蛋白濃度(HGB)有所增加，機體最大攝氧量增強[13]，但增加程度較之其他低地雞種小，但藏雞較小的紅細(xì)胞體積，導(dǎo)致紅細(xì)胞平均血紅蛋白濃度(MCHC)顯著高于其他雞種，從而提高了氧的運送效率,達(dá)到對低氧環(huán)境的適應(yīng)[14]。

茍文鈺等[15]，篩選同在高原低氧環(huán)境的藏雞和壽光雞胚胎血漿差異蛋白時，發(fā)現(xiàn)四種因低氧環(huán)境產(chǎn)生差異的蛋白，血漿轉(zhuǎn)鐵蛋白A鏈、載脂蛋白A-I、視黃醇類結(jié)合蛋白4、免疫球蛋白，可能與低氧適應(yīng)有關(guān)。

在低氧環(huán)境下，藏雞有在呼吸過程中防止過量散失二氧化碳的機制，較之同樣在高原地區(qū)的低地雞種pH最低，二氧化碳分壓最高，抗低碳酸血癥能力強[16]。藏雞的血紅蛋白分子的部分特性同樣與低氧適應(yīng)有關(guān)，藏雞較同在低氧環(huán)境的其他雞種靜脈血氧分壓更低，體現(xiàn)血液的氧親和能力和在組織卸載氧的能力強。Xiao Guo等[17]發(fā)現(xiàn)藏雞血紅蛋白αD鏈突變，增加了其對氧的親和力，同時藏雞紅細(xì)胞碳酸酐酶Ⅱ在低氧環(huán)境中的高表達(dá)[18]，使得血紅蛋白在組織部位與氧的解離效率更加高效，確保氧氣高效地卸載到更深的組織，保證藏雞在低氧環(huán)境下的供氧。

1.2 藏雞種蛋孵化對低氧環(huán)境的適應(yīng)

種蛋的孵化率反映了該雞種對其生存環(huán)境的適應(yīng)能力強弱[19]，藏雞由于長時間生存在高原環(huán)境中，所以藏雞種蛋的特性一定程度體現(xiàn)了藏雞的低氧適應(yīng)性。藏雞種蛋的蛋殼通透性、微量元素構(gòu)成和卵黃量與低地雞蛋有較大差別。

1.2.1 蛋殼通透性

蛋殼的通透性直接關(guān)系種蛋孵化過程中一些物質(zhì)散失率的大小。魏澤輝等[20-21]分別在北京和林芝測定農(nóng)大小型雞和藏雞種蛋的蛋殼特性，結(jié)果表明藏雞種蛋蛋殼的有效氣孔面積(有效氣孔面積受蛋殼表面積、單位面積的蛋殼氣孔密度、氣孔大小與形狀影響)較小，導(dǎo)致蛋殼傳導(dǎo)力和通透性較之小型雞小，使得水和二氧化碳的通透性也顯著小于小型雞。藏雞蛋殼更小的通透性，意味著成雛時水和二氧化碳散失率的下降，減小雛雞因為脫水和低碳酸血癥死亡的幾率，從而有效輔助提高藏雞在高原環(huán)境下的孵化率。

1.2.2 種蛋營養(yǎng)物質(zhì)構(gòu)成

藏雞種蛋中的微量元素構(gòu)成也表現(xiàn)出了對低氧環(huán)境一定的適應(yīng)性。巴桑等[22]分析測定藏雞蛋與普通雞蛋營養(yǎng)成分差別發(fā)現(xiàn)，藏雞蛋雖相對普通雞蛋鉀、鈉和含水量較低，而其中銅、鐵、鋅、磷含量均顯著高于普通雞蛋。微量元素可影響機體內(nèi)的物質(zhì)與能量代謝，銅元素能加強孵化過程中血液循環(huán)系統(tǒng)的發(fā)育，鐵元素則可以提高機體血紅蛋白和肌紅蛋白的含量，提高循環(huán)系統(tǒng)的攜氧能力。鋅、磷含量的增加使得酶的活性得以加強，保證了孵化過程中正常的新陳代謝[23]。藏雞蛋中這種營養(yǎng)構(gòu)成，有利于雛雞孵化過程中大大增強了其對低氧環(huán)境的耐受性。

卵黃作為能源來源，高含量使胚胎能夠在缺氧環(huán)境中更好地生存。在種蛋對比中，藏雞蛋體積小，蛋重較輕，但卵黃量干重比低地雞種明顯要重[24]。除此之外，藏雞種蛋孵化過程中-無氧呼吸比重較之低地雞種較強[24]。由此可見，藏雞之所以能在高原低氧環(huán)境保持較高的孵化率，與之雞蛋各種結(jié)構(gòu)特點和物質(zhì)組成密切相關(guān)。

2 藏雞高原低氧適應(yīng)的分子機制

在分子水平上，藏雞的低氧適應(yīng)能力得到了更為深入清楚的解釋，下面從一氧化氮合酶、低氧誘導(dǎo)因子和基因適應(yīng)性突變?nèi)齻€方面來探討藏雞的低氧適應(yīng)能力。

2.1 一氧化氮合酶NOS活性

NO作為一種血管舒張因子，可擴張血管、調(diào)節(jié)血壓、控制血管平滑肌的增殖。NO含量的增加，將引起機體呼吸量和血液氧含量的增加，防止因組織缺氧引起的肺動脈高壓[25]。一氧化氮合酶(NOS)(催化L-精氨酸轉(zhuǎn)化為NO的一種特殊酶類)共發(fā)現(xiàn)有三種亞型:神經(jīng)元型NOS(nNOS)、內(nèi)皮型NOS(eNOS)、誘導(dǎo)型NOS(iNOS)[26-27]。在低氧環(huán)境下，機體誘導(dǎo)NOS基因表達(dá)量與活性增加，NOS催化使NO含量增加，NO調(diào)節(jié)機體動脈攝氧能力增強，從而調(diào)控機體的低氧適應(yīng)反應(yīng)。

張浩等[28]運用測序和PCR-RFLP技術(shù)比對藏雞與低海拔雞種iNOS編碼區(qū)基因，發(fā)現(xiàn)藏雞群體在iNOS基因編碼片段5′側(cè)翼區(qū)一SNP位點(-870C→T)突變等位基因T頻率較之低地雞種有顯著差異，藏雞群體均在51.7%～70.0%，而低地雞種均較低，頻率在0～11.2%，預(yù)測其可能與藏雞優(yōu)良的低氧適應(yīng)能力有關(guān)。藏雞在低氧刺激下，iNOS基因表達(dá)量和iNOS酶活性與低地雞種相比，優(yōu)勢較之常氧狀態(tài)更加顯著；同時另一種亞型eNOS也有同樣表現(xiàn)[29-30]，可見藏雞NOS調(diào)節(jié)通路的特異與藏雞更強的低氧適應(yīng)能力有關(guān)。

2.2 低氧誘導(dǎo)因子HIF

低氧誘導(dǎo)因子HIF，是在低氧環(huán)境刺激下誘導(dǎo)機體開啟低氧調(diào)控通路的一種核蛋白，最早由L, Semenza G發(fā)現(xiàn)[31]。HIF是由α亞基和β亞基結(jié)合成的異二聚體，在常氧環(huán)境下，α亞基不斷重復(fù)合成和降解過程，反之,低氧刺激時，α亞基蛋白降解受阻并與β亞基轉(zhuǎn)錄因子二聚化形成HLF作用于靶基因發(fā)揮調(diào)節(jié)作用。

HIF家族有多種亞型，現(xiàn)已證明HIF-1是調(diào)節(jié)機體低氧適應(yīng)的核心因子。HIF-1在低氧環(huán)境下可以調(diào)節(jié)機體糖代謝有關(guān)蛋白酶基因表達(dá)，使得糖酵解途徑中乳酸產(chǎn)量增加，使得通過無氧呼吸途徑的葡萄糖量增加，降低藏雞對氧的消耗[32]。同時有證據(jù)表明，HIF-1可能是NOS的誘導(dǎo)因子，可誘導(dǎo)NOS表達(dá)量和酶活增加，進(jìn)而舒張血管，增強藏雞的低氧適應(yīng)能力。同時有胡巧和董傳豪等研究發(fā)現(xiàn)[33-34]，在低氧環(huán)境下，HIF-2α與VEGF(血管內(nèi)皮生長因子，能促進(jìn)血管內(nèi)皮細(xì)胞分裂增殖，其基因是HIF重要的靶基因[35])在雞胚尿囊膜組織(CAM)中均出現(xiàn)高表達(dá)現(xiàn)象，且較之低地雞優(yōu)勢明顯，可以證明藏雞通過高表達(dá)的HIF調(diào)控低氧適應(yīng)相關(guān)基因表達(dá)達(dá)到低氧適應(yīng)的目的。

2.3 基因適應(yīng)性突變

作為藏雞真正適應(yīng)高原低氧環(huán)境的根本變化，藏雞的基因也產(chǎn)生了相應(yīng)的適應(yīng)性突變。

神經(jīng)珠蛋白有著和血紅蛋白類似的極高的氧親和力，可以推測其可能有儲存、運輸氧或作為氧感受器的功能。張立凡等[36]研究發(fā)現(xiàn)，在編碼神經(jīng)珠蛋白的基因中，檢測到藏雞種群特有的Lys-2224(E4)-Asn突變，且突變頻率與海拔高度呈正相關(guān)，推測此突變可能是藏雞的一個低氧功能突變。

機體受低氧刺激時，HIF會調(diào)控提高無氧呼吸比率，來滿足機體能量需要，磷酸甘油酸激酶(PCK)作為糖酵解途徑中的重要酶類，與低氧適應(yīng)機制密切相關(guān)。通過測序?qū)Ρ炔仉u、白萊航雞和壽光雞PCK編碼基因，發(fā)現(xiàn)藏雞基因外顯子10上第59位發(fā)生堿基A→G點突變，此突變使其具有了HIF-1結(jié)合位點(HRE)，從而可以接受HIF-1調(diào)控其轉(zhuǎn)錄活性，以達(dá)到適應(yīng)低氧環(huán)境的目的[37]。

細(xì)胞色素氧化酶是機體能量代謝中的重要酶類，通過測定藏雞和低地雞種的線粒體細(xì)胞色素氧化酶Ⅲ基因(MT-CO3)序列，發(fā)現(xiàn)有四個低氧適應(yīng)有利突變：m.10373G>A、m.10339A>G、m.10118G>A、m.10058C>T。該幾種突變所造成的氨基酸變化已知對其蛋白質(zhì)疏水性造成了影響,從而可能達(dá)到適應(yīng)高原低氧環(huán)境的目的[38]。

在藏雞線粒體ND5基因中發(fā)現(xiàn)一特殊基因突變：C1627A突變，已發(fā)現(xiàn)該突變與藏雞胚胎腦細(xì)胞線粒體NADH脫氫酶、琥珀酸-CoQ還原酶和細(xì)胞色素C氧化酶活性有關(guān)，通過影響酶活性，提高線粒體呼吸控制率，減弱低氧對機體的傷害[39]。

GEM基因編碼一種小分子量的Ras相關(guān)GTP結(jié)合蛋白,可能參與脂類代謝的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)過程。與原雞相比，藏雞GEM核苷酸序列具有5個錯義堿基突變，可能會使藏雞的GEM蛋白功能發(fā)生變化；同時GEM基因在藏雞肺組織中表達(dá)量最大，則推測GEM基因可能增強了藏雞適應(yīng)高原的能力[40]。

3 展望

青藏高原地區(qū)雖然資源豐富，但因為其特殊的氣候環(huán)境，使得一些產(chǎn)業(yè)的推行遭到重重困難。藏雞，作為青藏地區(qū)的地方品種，胸腿肌肉發(fā)達(dá)，高蛋白低脂肪，肉質(zhì)好，味道香，同時藏雞蛋也有營養(yǎng)豐富、富含微量元素等特點[42]，在我國家禽品種中有著不可替代的優(yōu)勢。但藏雞也有生長速度緩慢、集群式飼養(yǎng)困難、雞蛋質(zhì)量小、產(chǎn)蛋率低等缺點。面對此問題，引進(jìn)優(yōu)勢低地雞種成為解決的主要手段，但低氧環(huán)境卻成為制約引進(jìn)的主要阻力，因此，研究利用藏雞的低氧適應(yīng)能力尤為重要。

現(xiàn)今，利用藏雞和其他優(yōu)勢雞種進(jìn)行雜交以期培育出既具有較強的高原適應(yīng)能力和優(yōu)秀經(jīng)濟價值的優(yōu)良雞種已略有成效[43-44]。本文針對現(xiàn)今對藏雞高原低氧適應(yīng)的生理表型、分子水平機制方面進(jìn)行綜述，以期為以后的適應(yīng)機制研究和引種雜交選育提供借鑒與參考。