藏猕猴高纬度适应性的基因组学机制：短尾与脂代谢协同进化

《Advanced Science》：Genomics Insights Into High-Latitude Adaptation of Tibetan Macaques

本文系统解析了藏猕猴（Macaca thibetana）适应高纬度寒冷环境的遗传机制。研究通过构建高质量参考基因组（BUSCO完整性达99.41%），结合基因编辑（CRISPR-Cas9）和定量CT（QCT）等技术，首次揭示TBX6基因Pro71Thr突变通过调控尾椎发育（RIPPLY1/FGF8表达上调）导致短尾表型；发现脂代谢相关基因（DGAT2/DYSF/CAV1/PRKD1/LEPR/CPE）的正向选择和基因家族扩张（如氧化磷酸化通路），驱动腹腔脂肪积累提升9.3倍。群体基因组学进一步揭示东西部种群在脂代谢基因（如ELOVL6）上的差异化选择，为灵长类环境适应提供了创新性见解。

　　

藏猕猴高纬度适应性的基因组学机制

1 引言

非人灵长类在高纬度地区的分布极为有限，而藏猕猴（Macaca thibetana）作为完全分布于北回归线以北的稀有物种，为研究寒冷适应机制提供了独特模型。其典型短尾（相对尾长仅12%）、厚密体毛及大型体型（雄性平均体重>15 kg）符合伯格曼法则（Bergmann's rule）和艾伦法则（Allen's rule），暗示其形态与生理特征可能为高纬度寒冷环境适应的结果。然而，此前基因组注释不完整（BUSCO评分仅81.8%）限制了对其遗传基础的深入解析。

2 结果

2.1 基因组优化与系统发育

本研究通过NCBI真核基因组注释流程注释29,108个基因，平均基因长度提升至69,527 bp，BUSCO完整性达99.41%。系统发育分析显示藏猕猴与阿萨姆猴（M. assamensis）亲缘最近，分化时间约2.06百万年。

2.2 基因组变异特征

藏猕猴基因组中检测到448个显著扩张的基因家族（涉及1,975个基因），富集于氧化磷酸化（mcc00190）、糖酵解/糖异生（mcc00010）等能量代谢通路。同时鉴定出345个谱系特异性正选择基因（PSGs），功能集中于脂质储存（GO:0019915）等过程。结构变异（SV）分析发现1,175个藏猕猴特异性SV（TMSSVs），其中661个与蛋白编码基因重叠。

2.3 TBX6突变导致短尾表型

在尾发育关键基因TBX6中发现藏猕猴特异性纯合错义突变c.211C>A（p.Pro71Thr），CADD评分18.55提示有害效应。通过CRISPR-Cas9构建TBX6^Pro71Thr点突变小鼠模型，发现突变体尾椎数量显著减少（24–25节 vs. 野生型28–29节），且下游基因RIPPLY1（E10.5时期表达上调6倍）和FGF8（E11.5时期上调4倍）表达异常，证实该突变通过干扰体节发生通路调控尾长。

2.4 短尾表型的多基因调控基础

除TBX6外，其他短尾猕猴物种（如日本猕猴M. fuscata和苏拉威西冠毛猕猴M. nigra）亦存在TBX6非同义突变，提示该基因在多物种尾长演化中的保守作用。同时发现FGFR1基因p.Val102Ile突变（CADD评分24.7）及WNT3A基因第二内含子区300 bp插入可能通过影响FGF和Wnt信号通路协同调控尾发育。

2.5 脂代谢适应机制

QCT分析显示藏猕猴腹腔脂肪体积（1,190.68 cm³）为恒河猴（127.99 cm³）的9.3倍。基因组学证据包括：（1）脂储存基因DGAT2（催化三酰甘油合成）、DYSF（脂滴形成）和CAV1（胆固醇转运）受正选择；（2）脂肪生成基因PRKD1两个错义突变（p.Ala381Thr/p.Val558Met）促进脂质积累；（3）食欲调控基因LEPR（p.Pro1011Ser）表达下调0.19倍，而CPE基因390 bp缺失导致其表达上调1.73倍。qRT-PCR验证上述基因在脂肪组织中表达显著改变。此外，乳酸脱氢酶（LDH）和NADH脱氢酶等基因家族扩张，增强能量代谢灵活性。

2.6 群体遗传学分析

26只野生藏猕猴的全基因组重测序揭示东西部种群（以梵净山FJS为界）显著分化。东部种群（如黄山HS群体）遗传多样性最低（π=3.49×10^?4），近交系数最高；西部种群（如FJS）多样性最高（π=9.05×10^?4）。选择性清除分析显示东部种群在脂肪酸延伸基因ELOVL6等脂合成通路基因上受到强烈选择，而西部种群偏好酮体代谢基因（如BDH1/BDH2）。

3 讨论

3.1 短尾的遗传基础

藏猕猴短尾表型由TBX6、FGFR1和WNT3A等多基因变异协同调控，其中TBX6^Pro71Thr突变通过扰乱体节发生边界建立导致尾椎减少。这一适应特征可能由高纬度寒冷环境驱动，以减少热量散失并促进陆地活动转化。

3.2 脂代谢的高纬度适应

藏猕猴通过基因突变（如CPE缺失）、正选择（如DGAT2）及基因家族扩张（如氧化磷酸化通路）等多层次遗传变异，实现脂质高效储存与动员，与北极熊、因纽特人等寒冷适应物种的代谢策略趋同。与北非猕猴（M. sylvanus）的平行进化分析进一步验证脂代谢通路在灵长类高纬度适应中的保守性。

3.3 种群演化与保护启示

藏猕猴种群约24万年前分化为东西支系，东部种群近期经历瓶颈效应，遗传多样性严重衰减。全球变暖背景下，已特化出短尾、厚脂特征的藏猕猴（尤其是东部种群）面临严峻适应挑战，需优先制定保护策略。

4 材料与方法

涵盖基因组注释、基因家族分析、正选择检测、基因编辑模型构建、群体遗传学分析等标准化流程，确保研究结论的可重复性。