[發明專利]與馬低氧環境適應性相關的CAT基因上的位點及其應用

有效

• 申請號: 202010908210.6
• 申請日: 2020-09-02
• 公開（公告）號: CN111979339B
• 公開（公告）日: 2022-07-12
• 發明（設計）人: 孔小艷;朱莉;董新星;楊舒黎;茍瀟;張曉燕;滕歡
• 申請（專利權）人: 云南農業大學
• 主分類號: C12Q1/6888
• 分類號: C12Q1/6888
• 代理公司: 北京隆達恒晟知識產權代理有限公司 11899
• 代理人: 楊青

本發明涉及與馬低氧環境適應性相關的CAT基因上的位點及其應用，屬于基因工程和遺傳工程領域，本發明給出了與馬高CAT酶活性和低H₂O₂水平相關的CAT基因第410號氨基酸（Agt→Ggt，Ser→Gly，絲氨酸→甘氨酸）和第421號氨基酸（Cgt→Agt，Arg→Ser，精氨酸→絲氨酸）發生了突變，兩位點位于CAT基因外顯子10上第34bp處A→G突變和67bp處C→A突變。兩位點與馬高CAT酶活性極顯著相關（P＜0.01）和低H₂O₂水平顯著相關（P＜0.05），且第34bp處等位基因G為馬高CAT酶活性優勢等位基因，第67bp處等位基因A為馬低H₂O₂水平優勢等位基因。兩位點可作為分子標記，用于檢測馬高原低氧耐受和高原適應能力、選育耐高原低氧環境的馬品種，以及制備檢測馬低氧環境適應性的試劑盒。

技術領域

本發明屬于基因工程和遺傳工程領域，涉及與馬低氧環境適應性相關的CAT基因上的位點及其應用，具體的說，涉及與馬高CAT酶活性和低H₂O₂水平顯著相關的CAT基因上的位點及其應用。

背景技術

在古代，馬曾經是農業生產、交通運輸和軍事戰爭等活動的主要勞動力。隨著生產力的發展和科技水平的提高，馬的作用逐漸被機器取代，但是在青藏高原高海拔低氧或人跡罕至生產力水平低下的地區，馬仍是主要的運輸和勞役工具。

海拔超過2500m的地區被定義為高原，因為這是動脈血氧飽和度開始下降的海拔(Moore,2017)。高海拔地區極端特殊的環境，包括低溫、低濕、強紫外線、強輻射、低氣壓和低氧，給動植物和人類的生存和繁衍帶來了嚴峻的考驗，其中低氧影響最嚴重。藏馬，產于高海拔山區，世居在青藏高原，在高原低氧環境下仍然可以正常進行強體力勞作，甚至藏馬可以在高原地區進行毫無障礙的奔跑，參與高原賽馬等競技活動。這說明在負重、奔跑等耗氧量極大的活動方面，馬有著獨特的高原適應性機制。而家養動物高原適應的研究中，馬的研究相對較少。

CAT是過氧化氫酶編碼基因，CAT基因的分子功能與過氧化氫酶活性、亞鐵血紅素結合、金屬離子結合、NADP結合相關。CAT基因的生物學進程包括有氧呼吸，血紅蛋白新陳代謝，過氧化氫分解代謝過程等(Boshartetal et al.，1992)。CAT基因在活性氧簇作用下，能夠幫助機體將過多的過氧化氫分解為水和氧氣，幫助機體解毒和長壽；在高原適應的缺氧/復氧(H/R)過程中發揮重要作用。

在低氧環境中，耐缺氧動物的蛋白質轉化率或代謝率普遍降低。極端缺氧耐受在低氧過程中顯示了肝臟和心臟中的低氧誘導因子(HIF)蛋白量增加。研究表明(Chandeletal et al.，2000)，HIF是平衡氧穩態和調節低氧反應的核心轉錄因子，調節下游基因表達(EPO－紅細胞生成；VEGF－血管生成；NOS-血管舒張；糖酵解酶；TH-兒茶酚胺合成)，從而有助于維持氧氣向組織的供應，并在嚴重缺氧時提高細胞的存活率。

缺氧狀態下為維持HIF1α蛋白的穩定性，線粒體復合物III會增加活性氧(ROS)來阻止HIF-1α的脫羥基，從而維持HIF-1α的穩態。ROS是由NADPH氧化酶家族為傳導信號而產生的，包括超氧自由基(O^2-)、羥自由基(OH^-)、過氧化氫(H₂O₂)。高原環境(低氧和紫外線輻射)可以誘導ROS水平升高(Korde et al.2011)，也促進了肝臟過氧化物歧化酶(SOD)活性的增加。但ROS的升高會導致機體細胞內大分子的損傷，造成氧化損傷，導致DNA斷裂或突變、蛋白質失活、脂質膜過氧化，甚至細胞凋亡。此時，過氧化氫酶在維護機體免受損傷過程中發揮重要作用，可以保護細胞免受氧化損傷，它將過氧化氫還原成氧氣和水的過程可有效平衡因低氧環境造成的ROS過高，使ROS含量足夠啟動HIF-1α下游過程，又不會過高而讓機體受到損傷。