大多數(shù)生物通常都對(duì)其生存環(huán)境有一定要求，超出適宜的范圍就難以存活；但有一些生物卻可以在強(qiáng)輻射、缺氧等極端環(huán)境中繁衍生息，這類生物被稱為極端環(huán)境生物。由于其獨(dú)特的生活環(huán)境，長(zhǎng)期的適應(yīng)性進(jìn)化使得這些生物在基因結(jié)構(gòu)組成、酶特性及代謝功能等方面均不同于其它生物。   

 溫泉蛇屬Thermophis隸屬于游蛇科，該屬目前包括三個(gè)物種：溫泉蛇Thermophis baileyi、四川溫泉蛇Thermophis zhaoermii和香格里拉溫泉蛇Thermophis shangrila，它們為中國(guó)特有的珍稀保護(hù)物種，是世界上分布海拔最高的蛇類之一。它們均生活于青藏高原海拔范圍為3500~4400米的地區(qū)，主要棲息在溫泉附近的石堆、水邊和沼澤草甸中。溫泉蛇的起源和演化與青藏高原的形成和隆起有著密切的聯(lián)系。 

 目前，全世界已知蛇類約有3600種，主要分布在熱帶、亞熱帶和溫帶地區(qū)，少數(shù)在寒帶地區(qū)。從垂直分布來看，沿海、沿湖低地到海拔1000米上下的種類最多，有一部分種類分布在海拔2000~3000米的地方。早在1907年，溫泉蛇作為唯一一種生活在青藏高原海拔4000米以上的蛇被英國(guó)人FrankWall首次發(fā)現(xiàn)時(shí)，就已經(jīng)“顛覆”了人們對(duì)當(dāng)時(shí)現(xiàn)有蛇類的認(rèn)知。同時(shí)，青藏高原寒冷、氧分壓低、紫外線輻射強(qiáng)烈的特點(diǎn)，造成其許多地區(qū)不適合人類居住甚至是生命禁區(qū)，是亞洲人口最稀少的地區(qū)。前期的許多研究都集中在恒溫動(dòng)物對(duì)高原的適應(yīng)，如高原人類、高原牦牛等。缺乏對(duì)高原變溫動(dòng)物適應(yīng)高原環(huán)境遺傳機(jī)制的研究，而溫泉蛇正好為我們揭開變溫動(dòng)物高海拔適應(yīng)之謎提供了良好的動(dòng)物模型。 

中國(guó)科學(xué)院成都生物研究所李家堂等研究團(tuán)組對(duì)溫泉蛇進(jìn)行了全基因測(cè)序，將得到的全基因組序列和同屬物種及親緣關(guān)系較近的低海拔物種全基因組進(jìn)行重測(cè)序，融合已發(fā)表的9個(gè)低海拔物種全基因組序列，利用比較基因組學(xué)分析，在高海拔溫泉蛇屬三個(gè)物種中發(fā)現(xiàn)了27個(gè)不同蛋白中的27個(gè)共有氨基酸替換。這些突變多與免疫、低氧適應(yīng)應(yīng)答和DNA修復(fù)等功能相關(guān)。分子功能實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的結(jié)果表明，與DNA修復(fù)相關(guān)的FEN1（瓣?duì)詈怂醿?nèi)切酶-1）基因的突變型相對(duì)于野生型（低海拔物種基因類型）在紫外照射下具有更強(qiáng)的穩(wěn)定性，推測(cè)突變有助于溫泉蛇屬物種在高海拔環(huán)境中對(duì)紫外線的抵抗。與西藏人相似，作為高原物種，溫泉蛇EPAS1（內(nèi)皮PAS結(jié)構(gòu)域包含蛋白-1）基因的突變減弱了其調(diào)節(jié)下游基因紅細(xì)胞生成素表達(dá)的能力，進(jìn)而導(dǎo)致溫泉蛇血紅蛋白濃度處于較低水平，是溫泉蛇適應(yīng)高海拔低氧條件的重要原因。   

 該研究成果以題為“Comparative genomic investigation of high-elevation adaptation in ectothermic snakes”（比較基因組學(xué)研究解析變溫動(dòng)物蛇類對(duì)高海拔環(huán)境的適應(yīng)），于北京時(shí)間2018年8月1日凌晨在線發(fā)表在國(guó)際學(xué)術(shù)期刊PNAS（《美國(guó)科學(xué)院院刊》）。本研究得到了中國(guó)科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)和前沿局重點(diǎn)項(xiàng)目，國(guó)家自然科學(xué)基金和中科院青促會(huì)項(xiàng)目等經(jīng)費(fèi)資助。 

FEN1和EPAS1基因的分子生物學(xué)證據(jù)