氧對生物的生存、繁殖與分布具有重要影響。生物的特異性血氧傳遞系統(tǒng)為實現(xiàn)其同環(huán)境之間的氧交互提供了保障。血氧系統(tǒng)的復雜性體現(xiàn)了生物在生理調(diào)節(jié)上的多樣性，也反映了該物種對不同氧環(huán)境的適應(yīng)能力差異。已有研究表明，生物能夠通過不同層次的生理水平調(diào)節(jié)來適應(yīng)環(huán)境氧濃度的變化，但基于自然選擇壓力下的遺傳水平改變才是適應(yīng)長期低氧的有效途徑。高原環(huán)境是天然的低氧實驗室，對高原陸生生物的研究表明血氧系統(tǒng)的特異性為其適應(yīng)低氧環(huán)境提供了保障。然而，作為對環(huán)境氧濃度更敏感的水生生物而言，相關(guān)研究相對局限。

為探究水生生物是否從遺傳水平上對高原環(huán)境表現(xiàn)出特殊的適應(yīng)進化模式，中國科學院水生生物研究所魚類系統(tǒng)學與生物地理學實驗室對青藏高原特有魚類的特殊的血氧系統(tǒng)及其進化，開展了深入研究。相關(guān)研究成果以Hb adaptation to hypoxia in high-altitude fishes:Fresh evidence from schizothoracinae fishes in the Qinghai-Tibetan Plateau為題，在線發(fā)表在International Journal of Biological Macromolecules上。

青藏高原特有魚類——裂腹魚類，包含11個屬超過100個種，廣泛分布于青藏高原及其周邊地區(qū)。目前，裂腹魚類的系統(tǒng)進化關(guān)系存在爭議，但不同的研究認為其進化過程跟青藏高原的隆升密切相關(guān)，且其已適應(yīng)高原的特殊水體環(huán)境。此外，裂腹魚類的多倍體特性也為其適應(yīng)高原環(huán)境奠定了基礎(chǔ)?？蒲腥藛T收集了分屬于10個屬，50個種的244尾性成熟裂腹魚的樣本和22個屬，37個種的105尾近緣低海拔魚類。研究人員測量了處于不同海拔高度魚類的血紅蛋白濃度，發(fā)現(xiàn)血紅蛋白濃度并非隨海拔高度的提升表現(xiàn)出線性增加，而更可能表現(xiàn)出種間差異。這說明在體內(nèi)通過不斷地提升血紅蛋白濃度來適應(yīng)低氧環(huán)境可能并非是有效途徑。通過轉(zhuǎn)錄組測序、熒光定量PCR和雙向電泳等技術(shù)手段，研究揭示了裂腹魚類在血紅蛋白基因的組成（不同物種共表達3-5 hbα和5-6 hbβ基因）和血紅蛋白亞型（不同物種共表達5種不同的血紅蛋白亞型）表達上的多樣性。復雜的血紅蛋白模式為裂腹魚類適應(yīng)高原水體環(huán)境提供了可能。研究通過選擇壓力分析和蛋白模型的構(gòu)建，揭示了裂腹魚類共表達的不同類型的血紅蛋白基因在進化過程中均受到不同程度的自然選擇，造成了不同亞型的血紅蛋白在功能上表現(xiàn)出一定差異?；谘t蛋白功能（親氧能力）上的進化改變，或促進了裂腹魚類對青藏高原水體環(huán)境的特殊適應(yīng)。

研究工作得到國家自然科學基金重大研究計劃、中科院戰(zhàn)略性先導科技專項（B類）、水生所等的支持。