高原鼢鼠四肢骨的进化适应性分析

通过对比分析了高寒草甸生态系统的高原鼢鼠(Myospalax baileyi)、高原鼠兔(Ochotona curzoniae)及根田鼠(Microtus oeconomus)的四肢骨,结果表明,地下啮齿动物高原鼢鼠的四肢骨比地面种类高原鼠兔和根田鼠的对应骨骼粗壮,显示其较强的挖掘能力。与挖掘效率相关的尺骨挖掘动力臂系数,高原鼢鼠为0.3617,而高原鼠兔和根田鼠不到0.17。高原鼢鼠与其他两物种的四肢骨重量分布也明显不同:高原鼢鼠的前肢骨重量超过后肢骨,而高原鼠兔及根田鼠则正好相反;高原鼠兔及根田鼠的桡尺骨重量在四肢骨中最低,而高原鼢鼠的桡尺骨重量在四肢骨中则最高。这些特征反映了地下啮齿动物为了适应地下生活方式,其四肢骨骼系统已经发生了显著变化,这对于研究地下啮齿动物的进化适应性问题具有重要意义。     

高原鼢鼠和高原鼠兔血液参数和血红蛋白亚型对不同海拔生境的响应

高原鼢鼠和高原鼠兔是青藏高原特有的物种,对高原低氧环境有很强的适应性。本研究测定了不同海拔的高原鼢鼠和高原鼠兔的红细胞数目、血红蛋白浓度、平均红细胞压积、平均红细胞体积等;通过质谱测序明确两种高原动物血红蛋白亚型;采用PAML4.8程序分析两种动物血红蛋白亚基中的正向选择位点;采用同源建模的方法分析正向选择位点对血红蛋白氧亲和力的影响,基于对两种高原动物血液特征的分析,探讨了它们适应低氧的策略。结果表明,随着海拔升高,高原鼢鼠通过增加红细胞数目、减小红细胞体积应答低氧,相反,高原鼠兔通过减少红细胞数目、增大红细胞体积应答低氧;高原鼠兔红细胞中具有α₂β₂成年型血红蛋白和α₂ε₂胎儿型血红蛋白,高原鼢鼠红细胞中只有α₂β₂成年型血红蛋白,但高原鼢鼠血红蛋白氧亲和力和别构效应显著高于高原鼠兔;高原鼢鼠与高原鼠兔的血红蛋白α和β亚基中,正向选择的氨基酸位点数目、位置以及它们的侧链基团极性和取向具有明显不同,这可能是造成两种动物血红蛋白氧亲和力不同的重要原因。总之...     

高原鼢鼠肝脏组织细胞周期相关基因的进化和表达

高原鼢鼠Myospalax baileyi是一种世居青藏高原的地下鼠,对严重的低氧环境有很强的适应性。低氧诱导细胞周期G1、G2期阻滞。为了探讨高原鼢鼠适应低氧环境的分子机制,应用生物信息学方法对p53下游细胞周期基因p21、CyclinD1、CyclinE、CDK6、CDK2、14-3-3-σ、Gadd45α、B99和CyclinB1的序列和编码的氨基酸序列进行了进化分析,并以SD大鼠Rattus norvegicus为对照,研究了这些基因在不同海拔(3 300 m、2 260 m)条件下的表达模式。结果表明:(1)高原鼢鼠细胞周期相关基因的序列与以色列鼹鼠Nannospalax galili同源性最高,达到90%以上;p21、CyclinD1、CyclinE和CyclinB1编码蛋白与以色列鼹鼠存在明显的趋同进化位点;SIFT评估发现,p21和CyclinB1氨基酸序列分别在第27号位点和第105号位点的变异对细胞周期调控功能有显著影响;(2)与低海拔条件相比,在高海拔条件下,高原鼢鼠肝脏组织中与G1期相关的基因p21表达水平显著上升,p21下游基因CyclinD1、CyclinE...     

高原鼢鼠和高原鼠兔心脏对低氧环境的适应

为了探讨高原鼢鼠和高原鼠兔心脏对低氧环境的适应机制,以Sprague-Dawley (SD)大鼠为对照,测量三者的心脏/体重比(HW/BW)、右心室/(左心室 室间隔)重量比[RV/(LV S)];应用免疫组织化学方法测定心肌微血管密度(microvessel density, MVD);通过显微体视学技术比较线粒体的面数密度(NA,单位面积中线粒体数目)、体密度(Vv,单位体积心肌纤维中线粒体的体积密度)、面密度(Sv,单位体积心肌纤维中线粒体外膜的面积密度)、比表面(δ,线粒体外膜面积与其自身体积的比);用分光光度法测定心肌中的肌红蛋白(myoglobin, Mb)含量、乳酸(lactic acid, LD)含量和乳酸脱氢酶(lactate dehydrogenase, LDH)活力;聚丙烯酰胺凝胶电泳观察LDH同工酶谱.结果显示:高原鼢鼠和高原鼠兔HB/WB显著大于SD大鼠(P<0.05), RV/(LV S)显著小于SD大鼠(P<0.05).高原鼢鼠、高原鼠兔和SD大鼠心肌MVD和线粒体NA依次递减(P<0.05);高原鼢鼠线粒体Vv显著低于高原鼠兔和SD大鼠(P<0.05),高原鼠兔与SD大鼠之间没有明显差异;高原鼢鼠线粒体Sv显著高于SD大鼠(P<0.05),与高原鼠兔相比无明显差异;高原鼠兔和SD大鼠的线粒体δ无显著差异,但均明显低于高原鼢鼠(P<0.05).高原鼢鼠和高原鼠兔心肌Mb含量显著高于SD大鼠(P<0.05);高原鼢鼠心肌LD含量显著高于高原鼠兔和SD大鼠(P<0.05);两种高原动物心肌LDH活力显著低于SD大鼠(P<0.05).同工酶谱显示,高原鼢鼠、高原鼠兔和SD大鼠的LDH中H亚基所占比例依次递减.以上结果提示,高原鼢鼠和高原鼠兔通过增加心肌线粒体Sv、MVD以及Mb含量提高其在低氧环境获取氧的能力;同时,由于生境和习性上的不同,两者线粒体指标又表现出差异性.     

高原鼢鼠种群能量动态的研究 Ⅱ.每日能量收支模型的探讨

本文根据近年来国内外有关地下鼠种群能学研究的进展,结合地下鼠能量代谢的特点,提出了一个以平均每日代谢率为基础的估计地下鼠个体每日能量收支的经验模型。文中以高原鼢鼠为例,通过一系列的参数估计,采用本文提出的模型,计算出个体在春季的每日能收支为202.27千焦耳;日挖掘活动时间为2.61小时,相当于巢外总活动时间的80％;掘土价达57.93千焦耳/日。本文提出的模型避免了直接观测个体日挖掘活动时间这一仍难解决的问题,并把动物的能量需要同环境质量结合在一起,用定量的方式描述它们之间的关系,这不仅有助于地下鼠种群能学的研究,而且为探讨地下鼠的生境选择奠定了基础。     

高原鼢鼠和高原鼠兔红细胞低氧适应特征

为探讨高原鼢鼠对低氧高二氧化碳洞道生境及高原鼠兔对高海拔低氧生境的适应机制,用Sysmex SF-3000血细胞分析仪及聚丙烯酰胺凝胶电泳对两种高原动物的血常规及血红蛋白类型进行分析,后者采用聚丙烯酰胺凝胶电泳法。结果表明,高原鼢鼠和高原鼠兔的红细胞数(RBC)、红细胞压积(HCT)及平均红细胞容积(MCV)组间无显著差异(P>0.05),但高原鼢鼠和高原鼠兔的红细胞数显著高于SD大鼠,红细胞压积及平均红细胞容积均显著低于SD大鼠(P<0.05);高原鼢鼠的血红蛋白浓度(HBC)与SD大鼠无显著差异(P>0.05),但显著高于高原鼠兔的HBC(P<0.05)。高原鼢鼠血红蛋白主要有2种类型,高原鼠兔血红蛋白主要有3种类型,而SD大鼠血红蛋白主要有5种类型。从血红蛋白电泳迁移来看,2种高原动物血红蛋白类型有明显的趋同特征并与SD大鼠具有明显的差异。上述结果提示,长期适应高海拔低氧环境的高原动物的红细胞和血红蛋白表现出趋同进化,同时因生境和习性的差异又表现出各自的特异性。     

高原鼢鼠肺组织细胞凋亡相关 基因的进化分析及其在不同 海拔条件下的表达模式

高原鼢鼠（Myospalax baileyi）是青藏高原特有的地下鼠,其地下洞道严重缺氧。一般来说,低氧会促进细胞凋亡。为了探讨高原鼢鼠适应低氧环境的分子机制,本文应用生物信息学方法对p53下游凋亡促进基因Pidd、Fas、Bax、Puma、Apaf-1、Scotin、Perp、Igfbp3和凋亡抑制基因Bcl-2的序列和编码的氨基酸序列进行了进化分析,并以SD大鼠（Rattus norvegicus）为对照,研究了这些基因在不同海拔环境条件下（3 300 m和2 260 m）的表达模式。结果表明：（1）高原鼢鼠细胞凋亡基因的序列与以色列鼹鼠（Nannospalax galili）同源性最高;预测的PIDD、PUMA、Apaf-1、IGFBP3和BCL-2编码蛋白结构域与以色列鼹鼠的存在明显的趋同进化位点;SIFT评估发现,高原鼢鼠和以色列鼹鼠与其他物种相比,p53、PIDD、PUMA、Apaf-1和IGFBP3氨基酸序列分别在78、853、157、320和285号位点的变异对其功能有显著影响;（2）在高海拔条件下（3 300 m）,高原鼢鼠肺组织中凋亡促进基因Pidd、Bax、Puma和Apaf-1表达水平显著下降,凋亡抑制基因Bcl-2表达水平显著升高,而在SD大鼠中凋亡促进基因和凋亡抑制基因的表达水平均没有变化;高原鼢鼠中Bcl-2/Bax比值随海拔的升高显著上升,而在SD大鼠中没有变化。以上结果提示,高原鼢鼠p53结构变异可能导致其下游基因表达模式与SD大鼠不同,其中凋亡促进基因Pidd、Bax、Puma和Apaf-1表达水平下降,凋亡抑制基因Bcl-2表达水平上升,从而抑制了细胞在低氧条件下的凋亡;在长期低氧的作用下,高原鼢鼠p53下游基因产物PIDD、PUMA、Apaf-1和IGFBP3产生了影响其功能的变异位点,这可能改变了它们与发挥功能的复合物的结合力,从而抑制了细胞凋亡。因此,通过长期的低氧适应,高原鼢鼠肺组织中与细胞凋亡相关的基因产物结构发生变异,导致其基因表达水平发生变化,从而抑制细胞凋亡,这是高原鼢鼠适应地下低氧洞道生境的分子机制之一。     

高原鼢鼠的消化对策

动物面临不同的生活环境及生活方式,往往采取不同的消化对策,而消化道结构在动物的消化对策中起关键作用。为进一步了解高原鼢鼠的生存对策,比较了高原鼢鼠与大白鼠消化道形态结构与食物摄入量、食物吸收量及食物消化率的差异。结果表明:高原鼢鼠的食物摄入量及食物吸收量显著低于大白鼠,食物消化率、蛋白质消化率及粗纤维消化率显著高于大白鼠。而两种动物的蛋白质吸收量及粗纤维吸收量差异不显著。高原鼢鼠的胃、小肠、大肠、盲肠干重及大肠长度与盲肠长度显著高于大白鼠,小肠长度差异不显著。可见,动物的消化率及能量需求与其消化道形态相适应。高原鼢鼠采取摄取少量的食物、增加消化道长度或重量、提高食物消化率的消化对策。     

高原鼢鼠和高原鼠兔肺细叶的结构特征

高原鼢鼠和高原鼠兔是青藏高原土著动物,对低氧具有很好的适应性.为了探讨在低氧环境中两者肺细叶结构的适应特征,应用体视学方法测量了肺细叶相关指标.结果发现 :高原鼢鼠和高原鼠兔肺单位面积肺泡数显著高于SD大鼠,单个肺泡面积和弹性纤维/肺实质比显著低于SD大鼠;高原鼢鼠肺泡隔厚度最厚,高原鼠兔最薄,且三种动物具显著差异; 高原鼢鼠和高原鼠兔气-血屏障的算术平均厚度(Ta)和调和平均厚度(Th) 均显著低于SD 大鼠;在三个级别的微血管中,高原鼠兔中膜肌层厚度显著低于高原鼢鼠,两种高原动物均显著低于SD大鼠;高原鼢鼠和高原鼠兔的微血管密度(MVD)显著高于SD大鼠.以上结果表明,高原鼢鼠和高原鼠兔肺细叶结构特征表现出一定趋同,这些特征有利于在低氧条件下提高肺气体扩散容量;但是,肺泡隔厚度和微血管中膜肌层厚度/血管外径比又表现出明显的差异,可能是不同生境造成的[动物学报 54(3):531-539,2008].     

生物的辐射适应和趋同适应

介绍了生物的辐射适应和趋同适应的特点,并对2类适应结果在应用中的作用进行了说明。     

Molecular identification of Taenia mustelae cysts in subterranean rodent plateau zokors(Eospalax baileyi)

Cestode larvae spend one phase of their two-phase life cycle in the viscera of rodents, but cases of cestodes infecting subterranean rodents have only been rarely observed. To experimentally gain some insight into this phenomenon, we captured approximately 300 plateau zokors(Eospalax baileyi), a typical subterranean rodent inhabiting the Qinghai-Tibet Plateau, and examined their livers for the presence of cysts. Totally, we collected five cysts, and using a mitochondrial gene(cox1) and two nuclear genes(pepck and pold) as genetic markers, we were able to analyze the taxonomy of the cysts. Both the maximum likelihood and Bayesian methods showed that the cysts share a monophyly with Taenia mustelae, while Kimura 2-parameter distances and number of different sites between our sequences and T. mustelae were far less than those found between the examined sequences and other Taeniidae species. These results, alongside supporting paraffin section histology, imply that the cysts found in plateau zokors can be regarded as larvae of T. mustelae, illustrating that zokors are a newly discovered intermediate host record of this parasite.     

Genetic variation in bitter taste receptor genes influences the foraging behavior of plateau zokor (Eospalax baileyi)

The ability to detect bitter tastes is important for animals; it can help them to avoid ingesting harmful substances. Bitter taste perception is mainly mediated by bitter taste receptor proteins, which are encoded by members of the Tas2r gene family and vary with the dietary preference of a specific species. Although individuals with different genotypes differ in bitterness recognition capability, little is known about the relationship between genetic variation and food selection tendencies at the intraspecific level. In this study, we examined the relationship between genotypes and diet in plateau zokor (Eospalax baileyi), a subterranean rodent endemic to the Qinghai‐Tibet Plateau that caches food for the winter. We assayed the composition and taste profile of each plant contained in temporary caches and vicinity quadrats, which were representative of selected and available food, respectively. Bitter plant selection indices (E_bitter) were estimated. We also sequenced 26 candidate Tas2r genes from zokors and determined their relationships with the E_bitter of their caches. We identified four key results: (1) zokors varied considerably in both bitter food preference and Tas2r sequences; (2) five genes (zTas2r115, zTas2r119, zTas2r126, zTas2r134, and zTas2r136) exhibited allelic variation that was significantly associated with E_bitter; (3) synonymous SNPs, nonsynonymous SNPs, and pseudogenization are involved in the genotype–phenotype relationship; (4) the minor genotypes of zTas2r115, zTas2r134, and zTas2r136 and the major genotypes of zTas2r119 and zTas2r126 cached more bitter plants. Our results link Tas2r variation with food selection behavior at the population level for the first time.     

高原鼢鼠精子发生的形态学特征和关键调控因子探究

季节性繁殖是动物在长期进化中为适应环境变化而形成的生活史特征,受光周期和下丘脑-垂体-性腺轴的严密调控。高原鼢鼠（Eospalax baileyi）是青藏高原特有的地下啮齿类动物,其繁殖活动表现出明显的季节性。然而,地下啮齿类动物精子发生的形态特征和关键调控因子尚不明确。本研究以成年高原鼢鼠为研究对象,发现繁殖期成年雄性睾丸曲精小管内有各级生殖细胞,附睾内有长形精子,生精上皮可分为10个期;而非繁殖期睾丸重量显著下降,曲精小管内仅见精原细胞和支持细胞。激素水平检测结果显示,与非繁殖期相比,繁殖期褪黑素水平显著降低（P < 0.05）,促性腺激素释放激素、促黄体生成素和睾酮水平显著升高（P < 0.05）,而卵泡刺激素水平无显著差异。进一步研究发现,精原细胞分化的关键诱导因子维甲酸水平和其调控基因表达均呈季节性变化,且外源维甲酸注射能够诱导非繁殖期高原鼢鼠重启精子发生。综上,高原鼢鼠虽为地下动物,但其精子发生与下丘脑-垂体-性腺轴激素水平明显相关,且受睾酮和维甲酸信号的调控。本研究首次揭示了高原鼢鼠精子发生的形态学特征和关键调控因子,为理解季节性繁殖动物尤其是地下啮齿类动物生殖生理的调控机制提供了重要参考。     

高原鼢鼠越冬食物选择与营养成分的关系

为了解高原鼢鼠在越冬期的食物选择与营养成分之间的关系,采集了67 个高原鼢鼠的冬季粮仓及环境样方,分析高原鼢鼠对每一种植物的选择指数,将其分成3 种食物类型:喜食、可变和不喜食。通过测定每一种植物的粗蛋白、粗纤维、水溶性糖和粗灰分的含量,比较分析了营养成分含量在3 种食物类型间的差异,及其与各种植物选择指数的相关关系。结果显示,高原鼢鼠储存的食物种类多达67 种,本文选取含量较高且样本量大于5 的39 种植物(占粮仓和样方总生物量的99% 以上其中喜食12 种、可变16 种、不喜食11 种)进行分析。在3 种食物类型之间,粗蛋白、粗纤维和水溶性糖含量均有极显著差异(P < 0. 001),粗灰分含量则无明显差异(P = 0.800)。喜食和可变类型的粗蛋白和水溶性糖含量显著高于不喜食类型(P < 0.01);喜食和可变类型的粗纤维含量则显著低于不喜食类型(P < 0. 01);喜食和可变类型之间这3 个指标差异都不显著(P >0. 05)。Spearman 相关分析显示,粗蛋白(R = 0.547,P < 0.001)和水溶性糖(R = 0.617,P < 0. 001)含量与选择指数显著正相关,粗纤维与选择指数显著负相关(R = - 0. 707,P <0. 001),粗灰分与选择指数则无显著相关关系(R = 0.032,P =0. 846)。结果表明,高原鼢鼠总体上偏好粗蛋白和水溶性糖含量高、粗纤维含量低的植物,对无机盐的含量则不敏感。     

高原鼢鼠发情周期阴道细胞变化特征及血清促性腺激素含量动态

In order to determine the change characteristics of vaginal cells in the estrus cycle and the duration of the estrus cycle, vaginal smears and HE staining methods were used to observe and count the types, morphological changes, and proportions of vaginal cells in plateau zokor (Eospalax baileyi). The hormone secretion dynamics of follicle-stimulating hormone (FSH) and luteinizing hormone (LH) in the serum of plateau zokor in the estrus cycle were determined by ELISA. The results showed that the main vaginal cells of plateau zokor were leukocytes, nuclear epithelial cells, incompletely cornified epithelial cells, and complete cornified epithelial cells. The proportion of nuclear epithelial cells in the proestrus was significantly higher than that during the other three periods (48. 4 ±3. 09)% (n=12, P < 0. 05). The proportion of complete cornified epithelial cells in the oestrus was the highest and significantly higher than that in the other three periods (59. 73 ±7. 59)% (n=15, P < 0. 05). The proportion of leukocytes in the metestrus and dioestrum was significantly higher than that in the proestrus and oestrus (P < 0. 05). The expression level of LH was the highest in the metestrus (4. 709 5 ±1. 094 0) ng/mL (n=6, P < 0. 05), which showed an increasing trend in proestrus and oestrus, and a decreasing trend in the metestrus and dioestrum. There was no significant difference in the expression level of FSH among the four periods (P > 0. 05); the estrus cycle duration of plateau zokor was 16 to 19 d, the characteristics of vaginal cell types in different stages of the estrus cycle were obvious, and the relative number was statistically significant. The study provided a basis for vaginal smear identification in the estrous cycle and reproductive physiology study of plateau zokor.     

祁连山东段高原鼢鼠种群特征与环境因子的关系分析

为明晰环境因子对高原鼢鼠(Eospalax baileyi)种群特征的影响,本研究以高原鼢鼠的种群密度、体重、妊娠率作为其种群特征指标,选择2008~2014年的归一化植被指数(NDVI)、年均降水量和年均温为环境因子,分析种群特征与环境因子在时间尺度上的变化关系。2008~2014年,研究区域归一化植被指数(NDVI)年度间无显著性差异(P0.05),高原鼢鼠体重、妊娠率和种群密度年度间均无显著性差异(P0.05);高原鼢鼠雌雄个体体重以及种群密度和妊娠率均与环境因子归一化植被指数(NDVI)、年均降水量及年均温均无相关关系(P0.05)。以上结果说明,高原鼢鼠体重变化、妊娠率和种群密度与栖息地植被生长状况及气候因子无相关关系,环境因子对高原鼢鼠种群特征的影响较小。     

Superficial,suprahyoid, and infrahyoid neck musculature in naked mole-rats (Heterocephalus glaber): Relative size and potential contributions to independent movement of the lower incisors

Naked mole-rats (Heterocephalus glaber) are fossorial, eusocial rodents that exhibit the unusual capability of moving their lower incisors independently in lateral and rostroventral directions. The evolution of this trait would presumably also involve concurrent alterations in neck musculature to support and control movements of the lower incisors. In order to assess morphological adaptations that might facilitate these movements, we performed detailed dissections of the neck musculature of adult naked mole-rats. In addition to characterizing attachment sites of superficial, suprahyoid, and infrahyoid musculature, we also quantified muscle mass and mandibular features thought to be associated with gape (condyle height, condyle length, and jaw length). Based on muscle attachment sites, the platysma myoides may contribute to lateral movement of the lower incisor and hemi-mandible in naked mole-rats. The large digastric muscle is likely to be a main contributor to rostroventral movement of each lower incisor. The geniohyoid and mylohyoid muscles also likely contribute to rostroventral movements of the lower incisors, and the mylohyoid may also produce lateral spreading of the hemi-mandibles. The transverse mandibular (intermandibularis) muscle likely serves to reposition the lower incisors back to a midline orientation following a movement.