长期生活在低氧(hypoxia)、高CO2的环境中,地下鼠(subterranean rodents)形成了一套适应低氧的生理及组织结构,主要表现为心血管系统、心肌、骨骼肌等对低氧的适应性进化,如通过改善血液载氧功能,增强心力储备,提高组织摄取和利用氧能力。血红蛋白(hemoglobin,Hb,HGB)是红细胞的主要成分,是一种含铁的复合变构蛋白,由血红素和珠蛋白结合而成,其主要功能是运输氧气和二氧化碳,维持血液酸碱平衡。目前,有关地下鼠血红蛋白结构及其低氧适应与进化关系的研究较为缺乏,也缺乏近缘物种间精细的比较研究。因此,本研究以棕色田鼠(Lasiopodomys mandarinus)为对象,以布氏田鼠(L.brandtii)为对照,克隆两种田鼠血红蛋白基因并对其适应性进化进行研究,旨在揭示地下鼠血红蛋白对其低氧环境的适应性进化。本研究采用比较基因组学和生物信息学的方法,利用Oligo7.0、Bioedit、Clustal W、Mega7.0、Paml4d、PAUP、Mrbayes3.2.1等生物学软件,对血红蛋白的基因结构,系统发育,选择压力,蛋白质结构等进行分析,主要结果如下:1)本研究采用一代测序技术克隆得到了棕色田鼠和布氏田鼠血红蛋白基因家族的全部基因序列,其中α亚基和β亚基各5个基因,α亚基主要包括HBZ(1685bp)、HBA-T1(700bp)、HBA-T2(700bp)、HBQ1(647bp)和HBQ2(647bp)等5个基因,β亚基主要包括HBE(1307bp)、HBE/HBG(1664bp)、HBG(1393bp)、HBB-T1(1141bp)和HBB-T2(1141bp)等5个基因。棕色田鼠和布氏田鼠α亚基和β亚基的基因长度相同。2)利用二代测序数据与人外显子序列比对,发现棕色田鼠和布氏田鼠的α-珠蛋白基因和β-珠蛋白基因结构相同,其中,α-珠蛋白基因簇结构为5’-HBZ-HBA-T1-HBQ-T1-HBA-T2-HBQ-T2-3’,β-珠蛋白基因簇结构为5’-HBE-HBE/HBG-HBG-HBB-T1-HBB-T2-3’。3)利用11个物种的血红蛋白基因序列构建系统发育,发现棕色田鼠和布氏田鼠亲缘关系最近,聚在一支。地下鼠血红蛋白基因在进化中比较保守,未发生趋同进化现象,棕色田鼠与其他地下鼠位于不同的分枝。4)选择压力分析结果表明,地下鼠血红蛋白发生了正选择突变,盲鼹形鼠HBA1、HBB1和HBG基因正选择位点为:12K,17G,87A,113I,裸鼹鼠HBA1、HBB1和HBG基因正选择位点为57K、24V、109N、140A、143A,以及位点模型在HBB1和HBG检测的正选择突变为:13S、88S、24V、117T、74L、136I,这些正选择位点均位于珠蛋白的A、B、E、F、H螺旋区,推测可能与盲鼹形鼠和裸鼹鼠的低氧适应有关。棕色田鼠血红蛋白基因家族中未检测到正选择位点,可能与其地下低氧适应方式或进化时间短有关。5)血红蛋白氨基酸序列比对结果表明,棕色田鼠HBA1基因氨基酸序列第58位和59位由组氨酸突变为精氨酸,推测可能与血红蛋白氧亲和力改变有关。结论:地下鼠血红蛋白基因对其地下低氧生活产生了适应性进化,具体表现为盲鼹形鼠和裸鼹鼠HBA1、HBB1和HBG基因的多个位点发生正选择突变,且这些突变位点位于血红蛋白亚基之间的接触位点与血红素结合区域,可能在低氧适应中发挥重要作用;棕色田鼠进化时间短,仅发现HBA1的珠蛋白氨基酸序列第58位和59位发生突变。棕色田鼠和布氏田鼠血红蛋白基因长度和结构均相同,系统发育分析未能发现地下鼠的趋同进化现象,其拓扑结构与Cyt b的相同。