氧對生物的生存、繁殖以及分布具有重要影響。生物的特異性血氧傳遞系統(tǒng)為實(shí)現(xiàn)其同環(huán)境之間的氧交互提供了保障。血氧系統(tǒng)的復(fù)雜性不僅體現(xiàn)了生物在生理調(diào)節(jié)上的多樣性，也反映了該物種對不同氧環(huán)境的適應(yīng)能力差異。眾多的研究已經(jīng)表明生物能夠通過不同層次的生理水平調(diào)節(jié)來適應(yīng)環(huán)境氧濃度的變化，但基于自然選擇壓力下的遺傳水平改變才是適應(yīng)長期低氧最為有效的途徑。高原環(huán)境是天然的低氧實(shí)驗(yàn)室，對高原陸生生物的研究表明血氧系統(tǒng)的特異性為其適應(yīng)低氧環(huán)境提供了保障。然而作為對環(huán)境氧濃度更為敏感的水生生物而言，相關(guān)的研究還比較局限。 

　　為探究水生生物是否從遺傳水平上對高原環(huán)境表現(xiàn)出了特殊的適應(yīng)進(jìn)化模式，中國科學(xué)院水生生物研究所魚類系統(tǒng)學(xué)與生物地理學(xué)實(shí)驗(yàn)室對青藏高原特有魚類的特殊的血氧系統(tǒng)及其進(jìn)化開展了深入研究。研究論文“Hb adaptation to hypoxia in high-altitude fishes: Fresh evidence from schizothoracinae fishes in the Qinghai-Tibetan Plateau”在期刊《International Journal of Biological Macromolecules》上在線發(fā)表（文章鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S014181302101415X）。 

　　圖：裂腹魚類血紅蛋白及其基因的表達(dá)。a, 雙向電泳檢測7種裂腹魚的血紅蛋白亞型組成；b, 轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)展示裂腹魚類的血紅蛋白基因的表達(dá)模式；c－j, 裂腹魚類不同群體間的血紅蛋白濃度差異 

　　青藏高原特有魚類——裂腹魚類，包含11個(gè)屬超過100個(gè)種，廣泛分布于青藏高原及其周邊地區(qū)。至今為止，裂腹魚類的系統(tǒng)進(jìn)化關(guān)系仍存在爭議，但不同的研究都一致認(rèn)為其進(jìn)化過程跟青藏高原的隆升密切相關(guān)，并且他們已經(jīng)適應(yīng)了高原的特殊水體環(huán)境。此外，裂腹魚類的多倍體特性，也為其適應(yīng)高原環(huán)境做出了提供了基礎(chǔ)。本研究中，研究人員收集了分屬于10個(gè)屬，50個(gè)種的244尾性成熟裂腹魚的樣本和22個(gè)屬，37個(gè)種的105尾近緣低海拔魚類。首先測量了處于不同海拔高度魚類的血紅蛋白濃度，研究發(fā)現(xiàn)血紅蛋白濃度并非隨海拔高度的提升表現(xiàn)出線性增加，而更可能表現(xiàn)出種間差異。說明在體內(nèi)通過不斷地提升血紅蛋白濃度來適應(yīng)低氧環(huán)境可能并非是一種有效的途徑。通過轉(zhuǎn)錄組測序，熒光定量PCR和雙向電泳等技術(shù)手段，研究揭示了裂腹魚類在血紅蛋白基因的組成(不同物種共表達(dá)3－5 hbα和5－6 hbβ基因)和血紅蛋白亞型(不同物種共表達(dá)5種不同的血紅蛋白亞型)表達(dá)上的多樣性。復(fù)雜的血紅蛋白模式為裂腹魚類適應(yīng)高原水體環(huán)境提供了可能。研究進(jìn)一步通過選擇壓力分析和蛋白模型的構(gòu)建，揭示了裂腹魚類共表達(dá)的不同類型的血紅蛋白基因在進(jìn)化過程中都受到了不同程度的自然選擇，從而造成了不同亞型的血紅蛋白在功能上表現(xiàn)出一定的差異。由此可以看出，基于血紅蛋白功能(親氧能力)上的進(jìn)化改變可能促進(jìn)了裂腹魚類對青藏高原水體環(huán)境的特殊適應(yīng)。 

　　本研究由博士研究生雷毅等人完成，水生所為唯一完成單位，水生所何舜平研究員為該研究的通訊作者。該研究得到了國家自然科學(xué)基金委員會(huì)重大研究計(jì)劃、中國科學(xué)院科技先導(dǎo)專項(xiàng)B以及中國科學(xué)院水生生物研究所等項(xiàng)目資助。