昆明动物所揭示冬眠哺乳动物低氧适应的分子机制

冬眠是动物应对极端环境的一种生存策略。在冬眠期间，动物的体温、代谢率和耗氧量会大幅下降，身体会长时间处于低氧状态。哺乳动物冬眠表型相关的生物学机制仍未被完全揭示，基于此，团队通过对六种冬眠哺乳动物以及五种非冬眠近缘物种的基因组进行比较，识别出5,561个高置信度的直系同源基因。运用保守位点收敛(CCS)和正选择(MEME)分析方法发现，POMT2基因第708位的精氨酸(R)被谷氨酰胺(Q)替换这一现象可能与冬眠性状相关。在所分析的244种哺乳动物里，该变异在多种适应缺氧环境的哺乳动物中普遍存在，频率高达65.06%，呈现出强烈的自然选择信号。

为验证其功能，研究团队运用CRISPR/Cas9技术构建了携带该突变的转基因小鼠。携带POMT2R708Q突变的小鼠在经历慢性低氧暴露(10% O2，4周)后，其血氧饱和度显著高于野生型小鼠，并且呈现出红细胞平均体积(MCV)增大等生理适应特征，同时组织缺氧面积也明显缩小。进一步的转录组分析表明，该突变通过调控红细胞生成、血红蛋白代谢等相关基因的表达，提高了机体的携氧能力和氧利用效率。证实了POMT2的R708Q替换事件与冬眠哺乳动物低氧适应之间的关联。

此外，该研究首次证实非洲睡鼠(Graphiurus kelleni)具备典型的冬眠(Torpor)行为，且能够在低温诱导下进入代谢抑制状态，是冬眠研究的潜在理想模型。尽管该物种并未携带POMT2R708Q突变，但其突出的缺氧耐受能力为研究表型趋同提供了重要参照。

2026年1月5日，该研究成果以 “A POMT2 missense substitution contributes to hypoxia adaptation inhibernating mammals” 为题在线发表在Molecular Biology and Evolution(论文链接：https://doi.org/10.1093/molbev/msag001)。中国科学院昆明动物研究所博士后张锦锦和助理研究员张修平为论文的共同第一作者，中国科学院昆明动物研究所曾琳副研究员为论文通讯作者。

该研究得到了国家自然科学基金委及云南省科技厅等项目的支持。

图1：比较基因组学分析。(A)用于比较基因组学分析的12种哺乳动物的系统发育树。冬眠物种用红色和灰色条表示。所显示的POMT2蛋白片段显示红色标记的为R708Q氨基酸取代。(B) 244种哺乳动物的系统发育树。蓝色表示POMT2氨基酸残基为708Q的74个物种（包括54种缺氧哺乳动物）；该位置为R残基的物种用橙色表示。低氧哺乳动物中708Q的替换频率与其他哺乳动物相比为（65.06% vs 34.94%，卡方检验，P<1E-4）。图片代表了一部分低氧物种。(C)利用HeIST方法对可能导致POMT2 R708Q替换的 hemiplasy和homoplasy的相对概率进行统计推断，结果显示 hemiplasy引起氨基酸变化的概率更高。

作者：张锦锦  张修平