题目：甘肃鼢鼠血红蛋白β珠蛋白基因测序及分析

甘肃鼢鼠（Myospalax cansus）是我国西北黄土高原地区常见的有害啮齿类动物，终身营地下洞道生活，生活环境属于典型低O2高CO2，长期适应形成了许多特殊生理机制，比如机体心血管系统，通过改善血液载氧功能，增强心力储备，提高组织摄取和利用氧能力，产生有利的抗缺氧生理变化，提高机体低氧适应能力。已有的研究发现甘肃鼢鼠在低氧环境下，红细胞数(RBC)、血红蛋白浓度(HGB)、及红细胞压积(HCT)均比常氧条件下高。表明机体为对抗低氧胁迫做出代偿性反应。当周围生活环境中缺氧时，机体可通过增加红细胞数量及血红蛋白合成提高血液载氧能力，减少低氧对自身伤害。虽然研究表明甘肃鼢鼠在生理水平上适应了地下低氧环境，但是从基因和氨基酸序列上研究血红蛋白特性的研究还未见报道。Shams等（2004）对鼹形鼠（Spalax）低氧诱导因子-1α和红细胞生成素的研究表明，地下鼠在基因水平表现出适应地下缺氧环境特征。
本研究首先通过聚丙烯酰胺凝胶电泳对血红蛋白组分进行分析，结果表明:甘肃鼢鼠常氧条件下呈3条带形, 氧浓度10.5%低氧一个月后仍为3条带形，变化不明显，可能是由于甘肃鼢鼠长期生活在低氧高二氧化碳洞道环境中，长期进化对低氧的耐受性很高，在10.5%的低氧浓度下还不足以引起其血红蛋白分子组分发生较大变化。SD大鼠血红蛋白在常氧条件下呈4条带形，10.5%氧浓度低氧一个月后出现一条新带，低氧一个月后又复氧一个月后,出现的新带消失，表明SD大鼠在低氧环境中，Hb 发生特异性改变, 这种特异性改变对适应低氧环境、调节改善机体供氧具有生理意义。对SD大鼠和甘肃鼢鼠血红蛋白电泳带形进行比较，发现甘肃鼢鼠有一条慢带含量很高，推测这一条慢带血红蛋白高表达对甘肃鼢鼠适应低氧洞道环境有着一定生理意义，但还有待于进一步研究。
在对甘肃鼢鼠血红蛋白组分分析的基础上，进一步运用分子生物学方法研究甘肃鼢鼠血红蛋白中β-珠蛋白基因及其氨基酸序列，通过对小鼠，褐家鼠，鹿鼠及人的β-珠蛋白基因进行序列比对，发现起始密码子上游20bp左右以及终止密码子前20bp左右序列高度保守，只有几个碱基差异.因此，选择在此段区域来设计引物，总共设计两对，第一对HbbF1和HbbR1,第二对HbbF2和HbbR2。第一对引物扩增获得一条长1054bp左右片段，第二对引物扩增获得一条长1073bp左右片段，将两对引物扩增结果利用Staden package软件进行对比并拼接后最终获得一条长1154bp片段，在NCBI用BLAST程序对其进行同源性比较，表明所测序列为甘肃鼢鼠血红蛋白β-珠蛋白基因。这段基因共编码146个氨基酸，分3段外显子区域及2段内含子区域。
我们将测定的甘肃鼢鼠β珠蛋白氨基酸序列与盲鼹鼠、鹿鼠、高原鼠兔、小鼠、褐家鼠、人的β-珠蛋白基因的氨基酸序列进行了比较，发现重要位点的替换发生在β链的第43位，70位，112位，125位。β43Glu→Thr,是α1β2接触位点。β70Ala→Ser,与周围血红素接触有关。β112Cys→Val，125Pro→Ala 是血红蛋白亚基连接点（α1β1接点）。β112与 α107, α110 and α122残基接触，β125与α34残基接触。这些位点位于α1和β1链上交接处，并在正常人血红蛋白中与血色素位点以配基形式结合。众所周知，这两条链交接非常紧密，即使在蛋白四级结构发生变化时也不会改变。
甘肃鼢鼠和盲鼹鼠β链氨基酸序列仅有10个位点改变。盲鼹鼠和甘肃鼢鼠都是生活在低氧高二氧化碳洞道环境下的地下鼠，在长期进化适应过程中，它们都发展了良好的应对低氧胁迫机制。它们的β链氨基酸序列最相似，并且甘肃鼢鼠β-珠蛋白氨基酸序列与人相比较一些重要位点替换和盲鼹鼠与人的重要替换位点基本一致。通过对甘肃鼢鼠血红蛋白β-珠蛋白与盲鼹鼠β-珠蛋白氨基酸序列分析表明：它们对低氧环境的分子适应机制可能很相似。
甘肃鼢鼠和地面动物高原鼠兔β链氨基酸序列相比，有32个位点替换，甘肃鼢鼠和高原鼠兔都是适应低氧环境的哺乳动物，但不同的是它们的生活环境不同，高原鼠兔是地面动物，而甘肃鼢鼠是地下鼠，甘肃鼢要适应低氧而且要适应高二氧化碳。所以，无论从生理，生化还是代谢水平上都形成了各自特有的适应低氧环境机制。某些氨基酸对甘肃鼢鼠适应低氧、高二氧化碳环境更有利。最后通过对甘肃鼢鼠与其它物种的血红蛋白β链的遗传距离和进化树分析表明：甘肃鼢鼠与盲鼹鼠血红蛋白β珠蛋白的同源性最高。由此可见：甘肃鼢鼠β-珠蛋白中基因差异可能是对低氧洞道环境适应机制之一。