课题来源：项目来源于青海省科技厅"藏羚羊高原适应生物学机制的研究（2003-N-120）"和国家基金委项目"藏羚羊肌红蛋白基因克隆及其耐缺氧作用机制的研究（30660052）"。 立题依据：高原低氧适应（high altitude hypoxia adaptation）指世居高原的人或高原土生动物为能在高原上生存，适应低氧环境所产生的一种非可逆、可遗传的形态结构、生理生化方面的改变过程。它是高原土生动物和高原世居人群世代在低氧环境中生存、进化的结果，是机体克服低氧环境得以生存的有效途径。低氧适应的本质就是在低氧条件下机体能够最大限度地摄取和利用有限的氧，完成正常的生理功能，是人类或动物在高原生活数千至数万年而自然选择所获得的适应，具有遗传学基础。 青藏高原号称"世界屋脊"，平均海拔4000米，大气氧分压仅为海平面的50%- 60%，高原环境涉及大气物理、地球化学和生态等多种因素，包括低气压、低氧、低温、低湿、强太阳幅射，但低氧是关键性因素。青藏高原特殊的地理环境和生物多样性成为研究高原低氧适应的理想之地。 藏羚羊（Pantholops hodgsoni）俗称独角羊，青藏高原土生种偶蹄目、牛科、藏羚属。英文名：Tibetan antelope 或Chiru。它系青藏高原特有种，主要分布在西藏和青海的大部分以及新疆南缘、四川西北隅和甘南西南的部分地区。它们的栖息高度在3500m～5500m，尤以4500m～5500m的高原无人区比较常见，如高寒草甸、高寒草原和高寒荒漠等环境。据资料记载，藏羚羊是从中新世时期的山羊亚科分出来的，是继喜马拉雅造山运动之后逐渐演变、进化到今天的，至少经历了几百万年的生物演变过程。藏羚羊具有耐高寒、抗缺氧等能力，奔跑速度高达70千米/小时，可连续奔跑40～60公里。目前研究认为，世世代代生息在高原的动物，通过漫长的自然选择过程，它们已成为特有的基因型适应群体。在生理、生化和解剖上获得了具有稳定遗传学基础的特性。但对高原特有动物的研究多集中在南美洲驼羊（lama glama）、驼马（lama vicunia）、秘鲁羊（lama pacos），和青藏高原野牦牛（yak）、高原雪猪（snow pig）及高原鼠兔（pika）等，对青藏高原藏羚羊低氧适应机制的系统研究报道极为有限。 由国家林业局批准（林护批字[2003]194号，林护批字[2009]46号），在国家科技部门和青海省科技厅的大力支持和资助下，我们前期充分利用了这一得天独厚的资源，从整体--器官--细胞--分子水平等几个方面，做了大量、细致、全面的工作，从生理学、形态学及分子生物学等方面证明了青藏高原藏羚羊所具备的低氧适应生物学机制，这对高原生物多样性研究、保护、开发、利用，对高原人群健康、劳动力保护和高原病防治都具有重要意义。 创见与创新：该项目主要利用解剖、电镜观察、血液指标测定、血流动力学、心肌收缩功能测定、呼吸功能检测等方法揭示了藏羚羊生理学适应。在后期将研究推进到分子水平，利用了基因克隆与分析、线粒体基因组测序与分析以及目前最先进的全基因组测序技术，对藏羚羊携氧蛋白基因、低氧相关基因进行了克隆和序列分析；并构建了肺组织、心肌和脑皮质cDNA文库， 在心肌文库中，与能量代谢和储存高度相关的三个基因表达较高，分别是ATP合成酶，细胞色素c氧化酶和ADP/ATP转位酶1。铁蛋白重链和胸腺素beta-4在两个文库中均有较高表达。大量的细胞骨架基因也高效表达。517条EST序列为未知蛋白或新基因，4.1%与碳水化合物的运输和代谢相关。同时对藏羚羊线粒体基因组进行了测序和分析，藏羚羊线粒体基因组全长为16498bp，可编码13种蛋白，2个rRNA, 22个tRNA和一个调控区，并存在多态性位点。在调控区，靠近tRNA基因处有2个串联重复序列（约75bp），并繁出现。系统树结果表明藏羚羊与绵羊和山羊的亲缘性更近，估计藏羚羊与绵羊大约在2.25百年前开始分离；N/S比率表明，藏羚羊和牦牛的COXⅠ基因存在明显的功能性变异，通过阳性选择进一步证实了功能性变异的发生，可能与某些功能改变有关。我们采用下一代测序技术对藏羚羊基因组进行了测序，并对其进行了组装，基因注释和比较基因组进化等分析。测序共得到19个文库，189Gb可用数据。用SOAPdenovo软件对这些数据进行组装，大小约为2.75GB覆盖度达到98%。在组装的基础上，我们对基因组进行了基因预测，共预测到22143个编码蛋白基因，在这些基因中16153个和人的基因同源，16569个和牛的基因同源。自然选择信号的检测，发现在藏羚羊和高原鼠兔这两支分支上，他们共有的正选择信号均集中于血管生成的调节，叶酸及衍生物的合成调节，DNA修复这三大类生物功能相关的基因上。可见在这两种物种上，基因都产生了与其高原环境相适应的进化。血管生成和高原低氧适应密切相关，DNA修复也与高原强紫外线对物种DNA造成破坏相适应；为了进一步确定哪些基因发生明显的高原适应性，我们对已知的247个和高原适应性相关的基因进行了筛选，我们发现了9个基因在藏羚羊和高原属兔中发生了趋同进化现象。对藏羚羊的全基因组的基因和高原鼠兔进行比较进化分析，发现在这两种高原物种中和低氧代谢相关的基因中存在趋同进化现象，这很可能暗示着，这些基因在这两种高原物种中与其高原适应性相关。 上述工作为进行下一步的工作建立了基础，这对高原生物多样性研究、保护、开发、利用都具有重要意义。这为有效破译藏羚羊高原低氧适应、运动能力提供了科学依据，对研究高原土著动物低氧生存策略的研究具有划时代的意义。 历年获奖情况：2005年西部开发突出贡献奖；2006年青海省科技进步一等奖；2006年全国杰出专业技术先进个人；2007年国家科技进步二等奖；2008年国家科技进步特等奖；2008年中华医学会科技进步二等奖；2009年全国杰出专业技术先进集体；2009年何梁何利科学与技术创新奖；2010年青海省科技进步三等奖。