藏绵羊HMOX2基因克隆、表达及其耐低氧适应性进化分析

摘要

血红素加氧酶2(heme oxygenase 2,HMOX2)是血红素加氧酶家族的组成性亚型成员,HMOX2在机体低氧胁迫代谢调控过程中扮演着重要角色.本研究为了探讨HMOX2在高原动物低氧适应机制中的作用,采用反转录PCR (reverse transcription PCR,RT-PCR)技术克隆藏绵羊(Ovis aries) HMOX2基因的CDS全长序列并对其进行了生物信息学分析,对高海拔的藏绵羊和低海拔的湖羊(对照)血气指标进行对比分析,并利用实时荧光定量PCR(quantitative real-time PCR,qRT-PCR)技术分析HMOX2基因在藏绵羊和湖羊不同组织中的表达差异.结果表明,藏绵羊HMOX2基因(GenBank No.MH358397)CDS区全长1 005 bp,编码344个氨基酸,构成具有结构域的跨膜亲水性非分泌蛋白.同源性分析结果表明:藏绵羊HMOX2氨基酸序列与绵羊、山羊(Capra hircu)、藏羚羊(Pantholops hodgsonii)的同源性最近,为99％,其次是瘤牛(Bos indicus)、黄牛(Bos taurus)、猪(Sus scrofa),分别为97％、97％、84％,与人(Homo sapiens)的同源性最远,为80％.两品种间血气分析指标比较结果显示,藏绵羊氧分压P(O2)、二氧化碳分压P(CO2)、碳酸氢根(HCO3-)、血氧饱和度(SpO2)极显著低于湖羊(P＜0.01);藏绵羊血红蛋白含量(hemoglobin,HGB)和红细胞积压(hematokrit,HCT)极显著高于湖羊(P＜0.01);qRT-PCR结果显示,HMOX2基因在两个绵羊品种中均有表达,藏绵羊心、肺中的表达量极显著高于湖羊(P＜0.01);在肝、背最长肌及脂肪中表达量显著高于湖羊(P＜0.05).通过对藏绵羊和湖羊心、肺HMOX2基因表达量与血红蛋白含量的相关性分析表明,藏绵羊HMOX2基因表达量与血红蛋白含量呈显著正相关,相关系数为0.535 (P＜0.05),湖羊HMOX2基因表达量与血红蛋白含量呈负相关,相关系数为-0.097 (P＞0.05).因此,HMOX2基因的低氧特异表达可以调节低氧代谢通路的下游血红蛋白的代谢,从而弱化了低氧胁迫对细胞的损伤.本研究结果为藏绵羊低氧适应的分子机制提供基础数据.