6月21日，《科學(xué)（Science）》雜志以研究長文發(fā)表了中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院特產(chǎn)研究所特種動物營養(yǎng)與飼養(yǎng)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)聯(lián)合西北工業(yè)大學(xué)、蘇州大學(xué)、挪威生命科學(xué)大學(xué)、中國科學(xué)院等揭示的馴鹿適應(yīng)北極環(huán)境分子機(jī)制。該研究結(jié)果使人們對極地動物的適應(yīng)性有更全面深入的了解，為維生素D對鈣沉積影響、生物鐘調(diào)控治療人類睡眠障礙等一些人類健康問題的解決提供了重要線索，也為后續(xù)開展馴鹿保護(hù)提供了重要數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。該成果是同期《科學(xué)》發(fā)表的反芻動物基因組研究計(jì)劃研究長文的3篇之一。
據(jù)通訊作者李志鵬副研究員介紹，馴鹿（Rangifer tarandus）是屬于反芻亞目、鹿科、馴鹿屬的唯一物種，主要分布于歐亞大陸、西伯利亞南部和北美大陸的北緯 48o以北的苔原、山地和林區(qū)，是北極和亞北極地區(qū)大型反芻動物區(qū)系的典型代表。我國馴鹿目前主要分布在大興安嶺西北部地區(qū)，由鄂溫克族人放養(yǎng)。眾所周知，北極地區(qū)的生存環(huán)境惡劣，比如冬季氣溫寒冷和食物貧乏。更為顯著的是，北極地區(qū)沒有一天24小時(shí)的晝夜更替，沒有“日出而作，日落而息”的生活節(jié)律。有趣的是，相比其它鹿科動物只有雄性長角，馴鹿雌性也會長角。然而，到目前為止，人們對馴鹿適應(yīng)北極極端環(huán)境和雌性長角的分子遺傳機(jī)制仍不清楚。另一方面，馴鹿是目前唯一被馴化的鹿科動物，在一些人類族群文明發(fā)展過程中也占有重要角色，但其很馴順的遺傳基礎(chǔ)一直不為所知。
該研究在前期同一團(tuán)隊(duì)公布的馴鹿參考基因組基礎(chǔ)上（Li等，GigaScience, 2017），基于反芻動物基因組計(jì)劃的另外兩篇論文數(shù)據(jù)，通過深入的比較基因組學(xué)和進(jìn)化基因組分析手段，分析馴鹿適應(yīng)北極和溫順特性的遺傳機(jī)制。研究通過人工選擇信號分析，發(fā)現(xiàn)馴鹿維生素D代謝通路中的兩個(gè)關(guān)鍵基因（POR和CYP27B1）受到了強(qiáng)烈的自然選擇，而且馴鹿這兩個(gè)基因所編碼酶的活性比山羊和狍子高很多，這可能使得馴鹿對鈣的吸收能力大力增強(qiáng)。脂蛋白轉(zhuǎn)運(yùn)（APOB）和脂質(zhì)合成（FASN）的兩個(gè)重要基因在馴鹿中也發(fā)生了突變，這兩個(gè)基因在北極熊和企鵝脂肪代謝進(jìn)化研究中也有報(bào)道，表明了不同極地動物能量代謝經(jīng)歷趨同進(jìn)化。馴鹿的節(jié)律通路中的核心調(diào)控基因（PER2）發(fā)生了馴鹿特異性的突變，導(dǎo)致PER2基因與另一個(gè)節(jié)律核心基因（CRY）無法結(jié)合，使馴鹿喪失了晝夜節(jié)律分子鐘，從而能適應(yīng)北極極晝和極夜的環(huán)境。研究還發(fā)現(xiàn)，馴鹿的一個(gè)角生長關(guān)鍵基因（CCND1）上游增加了一個(gè)雄性激素受體結(jié)合區(qū)域，這可能使得馴鹿在更低的雄激素水平下能促成雌性馴鹿長角。最后，研究發(fā)現(xiàn)馴鹿中與神經(jīng)嵴細(xì)胞發(fā)育、遷移和分化相關(guān)的基因受到了選擇、快速進(jìn)化或特異性突變，而神經(jīng)嵴細(xì)胞被認(rèn)為是馴化的關(guān)鍵因素，這很可能是馴鹿溫順的原因。
該研究成果得到了中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院科技創(chuàng)新工程、國家自然科學(xué)基金、吉林省自然科學(xué)基金、西北工業(yè)大學(xué)專項(xiàng)經(jīng)費(fèi)、中科院B類先導(dǎo)專項(xiàng)等項(xiàng)目的支持。
