PNAS創刊已達百年，是美國國家科學院院刊，與《細胞》、《自然》、《科學》一起被公認為學術期刊中的世界四大名刊
“溫泉蛇”屬隸屬于游蛇科，是世界上分布海拔最高的蛇類之一，主要棲息在溫泉附近的石堆、水邊和沼澤草甸中
李家堂等團隊的研究成果，將為人類高原病的預防和治療提供一定的參考價值
記者昨日從中國科學院成都生物研究所獲悉，北京時間2018年8月1日凌晨，國際學術期刊PNAS（《美國科學院院刊》）在線發表了中科院成都生物研究所李家堂和中科院昆明動物研究所張亞平等研究團隊關于溫泉蛇研究的最新成果“比較基因組學研究解析變溫動物蛇類對高海拔環境的適應”。
據了解，PNAS是創刊已達百年的美國國家科學院院刊，和《細胞》《自然》《科學》一起被公認為學術期刊中的世界四大名刊。PNAS作為美國國家科學院的官方科學周刊雜志，歷來選擇美國國家科學院院士負責文章審稿事宜，是世界上最負盛名的基礎科學領域的學術雜志之一。
李家堂等團隊的研究，以分布于青藏高原的溫泉蛇為研究對象，解析了蛇類這種變溫動物適應高海拔極端環境的遺傳機制。這是世界上分布海拔最高的蛇類基因組全球首次被揭示。而這項發現，將為人類高原病的預防和治療提供一定的參考價值。
為何研究“溫泉蛇”？
探究變溫動物在極端環境的遺傳機制
據研究團隊介紹，大多數生物通常都對其生存環境有一定要求，超出適宜的范圍就難以存活。但有一些生物卻可以在強輻射、缺氧等極端環境中繁衍生息，這類生物被稱為極端環境生物。由于其獨特的生活環境，長期的適應性進化使得這些生物在基因結構組成、酶特性及代謝功能等方面均不同于其它生物。
因此，這項研究以分布于青藏高原的溫泉蛇為研究對象，解析了蛇類這種變溫動物適應高海拔極端環境的遺傳機制。
溫泉蛇是一種生活在海拔3500米以上的蛇類，由于主要棲息在溫泉附近的石堆、水邊和沼澤草甸中，因此而得名溫泉蛇。和其他蛇類不同，溫泉蛇是生活在青藏高原高海拔地區，是世界上海拔分布最高的蛇類。青藏高原因其地理的特殊性，使棲息于此的生物成為全球在生物高原適應性領域的重要研究模型。
在以往，許多研究都集中在恒溫動物對高原的適應，如高原人類、高原牦牛等。缺乏對變溫動物適應高原環境遺傳機制的研究，而溫泉蛇正好為揭開變溫動物高海拔適應之謎提供了良好的動物模型。
何為“溫泉蛇”？
世界上分布海拔最高的蛇類之一
據介紹，溫泉蛇屬隸屬于游蛇科，該屬目前包括三個物種：溫泉蛇、四川溫泉蛇和香格里拉溫泉蛇，它們為中國特有的珍稀保護物種，是世界上分布海拔最高的蛇類之一。它們均生活于青藏高原海拔范圍為3500~4400米的地區，主要棲息在溫泉附近的石堆、水邊和沼澤草甸中。溫泉蛇的起源和演化與青藏高原的形成和隆起有著密切的聯系。
目前，全世界已知蛇類約有3600種，主要分布在熱帶、亞熱帶和溫帶地區，少數在寒帶地區。
從垂直分布來看，沿海、沿湖低地到海拔1000米上下的種類最多，有一部分種類分布在海拔2000~3000米的地方。早在1907年，溫泉蛇作為唯一一種生活在青藏高原海拔4000米以上的蛇被英國人Frank Wall首次發現時，就已經“顛覆”了人們對當時現有蛇類的認知。
青藏高原寒冷、氧分壓低、紫外線輻射強烈的特點，造成其許多地區不適合人類居住甚至是生命禁區，是亞洲人口最稀少的地區。但青藏高原自身孕育了很多高原特有物種。因此，青藏高原被稱作是一座研究生物適應高原環境變化機制的自然實驗室。
研究人員推測：基因突變是重要原因
為何它不怕缺氧還不怕曬？
?突變的基因
有助“溫泉蛇”在高海拔環境中抵抗紫外線
據介紹，該研究通過對溫泉蛇進行全基因測序，將得到的全基因組序列和同屬物種及親緣關系較近的低海拔物種全基因組進行重測序，融合已發表的9個低海拔物種全基因組序列，利用比較基因組學分析，在高海拔溫泉蛇屬三個物種中發現了27個不同蛋白中的27個共有氨基酸替換。
這些突變多與免疫、低氧適應應答和DNA修復等功能相關。分子功能實驗驗證表明，與DNA修復相關的FEN1（瓣狀核酸內切酶-1）基因的突變型相對于野生型（低海拔物種基因類型）在紫外線照射下具有更強的穩定性，推測突變有助于溫泉蛇屬物種在高海拔環境中對紫外線的抵抗。溫泉蛇EPAS1（內皮PAS結構域包含蛋白-1）基因的突變減弱了其調節下游基因紅細胞生成素表達的能力，進而導致溫泉蛇血紅蛋白濃度處于較低水平，是溫泉蛇適應高海拔低氧條件的重要原因。
?未來的應用
為高原病預防和治療提供參考價值
這項成果未來將應用于何處？
據介紹，近年來，隨著我國“西部大開發”，“一帶一路”倡議和“第二次青藏高原科學考察”的順利推進，越來越多的人群進入高原開展工作，但極端的高原環境可能造成嚴重的高原反應，甚至引發高原病。
從恒溫動物和變溫動物綜合開展高原極端環境的遺傳機制研究將為人類高原病的預防和治療提供一定的參考價值。
此次發表的論文，中科院成都生物研究所李家堂研究員、昆明動物研究所高躍東博士和四川大學華西第二醫院謝亮博士為論文共同第一作者，李家堂研究員、王文智副研究員、David Hillis院士和張亞平院士為通訊作者。
目前，該研究得到了中國科學院、國家自然科學基金和中科院青促會等機構的經費資助。
?艱辛的過程
前后去了數十個縣 采集了上百條溫泉蛇
李家堂告訴記者，這一研究從2013年啟動至今的5年里，團隊每年都要在蛇的非冬眠期前往海拔4000米左右甚至更高海拔的高原地區，一方面進行采樣，另一方面還要調研和記錄溫泉蛇生存環境的溫度、濕度等一系列環境指標和數據。
“溫泉蛇很溫和，并不會對科研人員的安全存在威脅”，他稱，但最艱難的是長時間克服高海拔缺氧的惡劣條件。這期間，團隊前前后后去到了高原地區的數十個縣，采集到上百條溫泉蛇。
他告訴記者，目前取得的成功，只是階段性的勝利，這一研究尚未結束。接下來，團隊還將前往高原更多點位，采集更多樣本，將進一步研究在高原不同地域環境中的溫泉蛇的具體差異，“我們的一支隊伍很快就又要出發了”。
