我校两栖动物研究团队深入解析了泽陆蛙冬眠的分子适应机制

近日，西华师范大学大熊猫学院廖文波研究团队通过对泽陆蛙基因组的深入解析，揭示了泽陆蛙在冬眠过程中的分子适应机制。该研究成果以“The paddy frog genome provides insight into the molecular adaptations and regulation of hibernation in ectotherms”为题发表于Cell旗下综合性子刊《交叉科学》（iScience）。

该团队通过全面的测序技术，包括240Gb的二代测序reads和389Gb的PacBio reads，成功组装了3.86Gb、GC含量为0.403的泽陆蛙基因组。该基因包含了13条染色体，长度从139 Mb到601 Mb。该基因组的重复度达到了70.2%，其中长末端重复（LTRs）最高。在研究对象内，通过比较基因组分析，研究团队发现冬眠动物存在682个快速进化基因（REGs）和34个正选择基因（PSGs）。这些基因中的四个PSGs与冬眠生理过程中的关键生物功能密切相关，涉及到节律调节、温度感知和低氧反应，可能为冷血动物适应冬眠机制的分子选择信号。

在基因表达层面，研究团队通过心脏、大脑、皮肤、肾脏、肝脏、肺脏、肌肉和脾脏8种组织器官进行比较转录组学研究，比较了冬季冬眠条件下和春季活跃条件下的差异表达基因（DEGs）。结果显示，在大脑、心脏和肾脏中，上调DEGs数量多于下调DEGs，表明这些器官在冬眠期间基因活跃水平较高。特别是大脑和心脏中上调DEGs在细胞过程中发挥着关键作用，包括细胞周期调节、DNA复制等生物学过程。进一步用WGCNA构建多组织差异基因的共表达差异，揭示了16个组织特异性表达网络模块，其中两个模块和大脑中具有共表达关系，这两个模块中含有的基因数据在所有模块中也是含有基因数目最多的，这暗示大脑在冬眠期间基因调控网络中的核心地位。通过整合遗传进化或者分子转录调节可能对冬眠影响的21个因子，相关基因显著富集在类固醇激素合成、蛋白消化和吸收、视黄醇代谢、DNA复制、化学致癌-DNA加合物和细胞周期等六个分子通路中，为进一步理解冷血动物冬眠相关的分子特征提供视角。综合而言，该研究成果为未来深入了解冬眠这一复杂生理过提供了参考，为更好理解生命活动中的复杂现象提供了分子视角。

西华师范大学大熊猫学院廖文波研究员为该文通讯作者，内江师范学院长江上游鱼类资源保护与利用四川省重点实验室吕云云副教授为该文第一作者，陈川博士和闫承志博士参与了该工作。本研究获得了国家自然科学基金（32200347,32370456），西华师范大学西南野生动植物资源教育部重点实验室开放基金（XNYB23-05）和四川省自然科学基金重点项目（22NSFCSC0011）的资助。