[发明专利]与马低氧环境适应性相关的CAT基因上的位点及其应用

说明书

本发明涉及与马低氧环境适应性相关的CAT基因上的位点及其应用，属于基因工程和遗传工程领域，本发明给出了与马高CAT酶活性和低H₂O₂水平相关的CAT基因第410号氨基酸（Agt→Ggt，Ser→Gly，丝氨酸→甘氨酸）和第421号氨基酸（Cgt→Agt，Arg→Ser，精氨酸→丝氨酸）发生了突变，两位点位于CAT基因外显子10上第34bp处A→G突变和67bp处C→A突变。两位点与马高CAT酶活性极显著相关（P＜0.01）和低H₂O₂水平显著相关（P＜0.05），且第34bp处等位基因G为马高CAT酶活性优势等位基因，第67bp处等位基因A为马低H₂O₂水平优势等位基因。两位点可作为分子标记，用于检测马高原低氧耐受和高原适应能力、选育耐高原低氧环境的马品种，以及制备检测马低氧环境适应性的试剂盒。

技术领域

本发明属于基因工程和遗传工程领域，涉及与马低氧环境适应性相关的CAT基因上的位点及其应用，具体的说，涉及与马高CAT酶活性和低H₂O₂水平显著相关的CAT基因上的位点及其应用。

背景技术

在古代，马曾经是农业生产、交通运输和军事战争等活动的主要劳动力。随着生产力的发展和科技水平的提高，马的作用逐渐被机器取代，但是在青藏高原高海拔低氧或人迹罕至生产力水平低下的地区，马仍是主要的运输和劳役工具。

海拔超过2500m的地区被定义为高原，因为这是动脉血氧饱和度开始下降的海拔(Moore,2017)。高海拔地区极端特殊的环境，包括低温、低湿、强紫外线、强辐射、低气压和低氧，给动植物和人类的生存和繁衍带来了严峻的考验，其中低氧影响最严重。藏马，产于高海拔山区，世居在青藏高原，在高原低氧环境下仍然可以正常进行强体力劳作，甚至藏马可以在高原地区进行毫无障碍的奔跑，参与高原赛马等竞技活动。这说明在负重、奔跑等耗氧量极大的活动方面，马有着独特的高原适应性机制。而家养动物高原适应的研究中，马的研究相对较少。

CAT是过氧化氢酶编码基因，CAT基因的分子功能与过氧化氢酶活性、亚铁血红素结合、金属离子结合、NADP结合相关。CAT基因的生物学进程包括有氧呼吸，血红蛋白新陈代谢，过氧化氢分解代谢过程等(Boshartetal et al.，1992)。CAT基因在活性氧簇作用下，能够帮助机体将过多的过氧化氢分解为水和氧气，帮助机体解毒和长寿；在高原适应的缺氧/复氧(H/R)过程中发挥重要作用。

在低氧环境中，耐缺氧动物的蛋白质转化率或代谢率普遍降低。极端缺氧耐受在低氧过程中显示了肝脏和心脏中的低氧诱导因子(HIF)蛋白量增加。研究表明(Chandeletal et al.，2000)，HIF是平衡氧稳态和调节低氧反应的核心转录因子，调节下游基因表达(EPO－红细胞生成；VEGF－血管生成；NOS-血管舒张；糖酵解酶；TH-儿茶酚胺合成)，从而有助于维持氧气向组织的供应，并在严重缺氧时提高细胞的存活率。

缺氧状态下为维持HIF1α蛋白的稳定性，线粒体复合物III会增加活性氧(ROS)来阻止HIF-1α的脱羟基，从而维持HIF-1α的稳态。ROS是由NADPH氧化酶家族为传导信号而产生的，包括超氧自由基(O^2-)、羟自由基(OH^-)、过氧化氢(H₂O₂)。高原环境(低氧和紫外线辐射)可以诱导ROS水平升高(Korde et al.2011)，也促进了肝脏过氧化物歧化酶(SOD)活性的增加。但ROS的升高会导致机体细胞内大分子的损伤，造成氧化损伤，导致DNA断裂或突变、蛋白质失活、脂质膜过氧化，甚至细胞凋亡。此时，过氧化氢酶在维护机体免受损伤过程中发挥重要作用，可以保护细胞免受氧化损伤，它将过氧化氢还原成氧气和水的过程可有效平衡因低氧环境造成的ROS过高，使ROS含量足够启动HIF-1α下游过程，又不会过高而让机体受到损伤。