现生灵长目物种的自然分布主要局限于南北回归线之间温暖、湿润的低纬度地区（图1），呈现出典型的热带—亚热带分布格局，仅有少数物种的分布范围完全位于北回归线以北，如日本猕猴（Macaca fuscata）和藏酋猴（Macaca thibetana）等高纬度代表性灵长类。这些高纬度灵长类群体长期暴露于冬季严寒、昼长季节性变化显著以及植物性食物在非生长季显著匮乏等环境胁迫之下，其生存和繁殖必须在行为策略、能量代谢、生理调节以及形态特征等多层面形成一系列适应性特征。因此，系统解析灵长类动物对高纬度恶劣环境的适应机制，不仅有助于揭示灵长类地理分布格局形成的生态与进化驱动因子，而且对于阐明其物种多样性形成过程和适应性演化路径具有重要的理论意义，并为预测气候变化背景下灵长类物种的分布动态与保护策略提供关键科学依据。
藏酋猴，中国特有的灵长类物种，其分布范围完全位于北回归线以北（约北纬24°至33°之间）。为适应相对高纬度的寒冷环境，藏酋猴在形态上演化出了典型的适应特征，藏酋猴体型是猕猴属中最大的，而其尾长较其他猕猴物种更短，不足头体长的五分之一，这些特征能显著减少体表热量的散失；藏酋猴毛发浓密，甚至覆盖到颜面部，起保暖的作用。然而，藏酋猴对高纬度环境的生理适应如何？适应性表型背后的遗传机制是什么？这些科学问题迄今尚有待揭示。
图1 （A）灵长类物种的分布及藏酋猴分布。（B）藏酋猴照片（拍摄于峨眉山）。
近期，动物生态专业委员会委员四川大学李静团队联合动物生态专业委员会主任委员、中国科学院动物研究所李明团队，整合比较基因组学、群体遗传学及功能验证实验，阐明了藏酋猴适应高纬度寒冷环境的遗传机制。通过对藏酋猴基因组的高质量注释，鉴定了在体节发生中的一个关键基因TBX6在藏酋猴中受到强烈的正选择，导致编码的蛋白发生了脯氨酸（Pro）到苏氨酸（Thr）的突变（p.Pro71Thr）。为理解该突变的功能影响，采用CRISPR-Cas9基因编辑技术构建了转基因小鼠。突变小鼠的体重、体长与野生型小鼠并无显著差异，但尾长显著较野生小鼠缩短，其尾椎数量也仅24-25枚，显著少于野生型小鼠（28-29枚）。该突变并未改变胚胎期TBX6基因的表达水平，而是导致体节发生通路下游基因RIPPLY1和FGF8的表达量显著升高，从而干扰了胚胎尾部体节形成导致短尾表型。短尾表型一方面有利于藏酋猴适应于地栖的运动方式，同时也减少了体表暴露面积，降低热量散失，适应高纬度的寒冷环境。
图2 TBX6基因突变导致藏酋猴尾部缩短。（A）TBX6基因在不同猕猴中的突变情况；（B）TBX6突变型小鼠与野生型小鼠；（C）60日龄的突变型与野生型小鼠尾长比较（每组n=10雄+10雌；性别分组进行非配对t检验；P < 0.01,*P < 0.001）；（D）35日龄小鼠尾椎数量对比（每组n=3；非配对t检验；***P < 0.001）；（E）胚胎期E10.5与E11.5阶段TBX6及其调控基因的mRNA表达变化（每组n=3；非配对t检验；ns无显著性，*P < 0.05, ***P < 0.001）；（F）TBX6突变型与野生型小鼠骨骼染色（阿尔新蓝-茜素红双染）。
为解析藏酋猴较大体型的原因，团队通过定量计算机断层扫描（QCT）发现藏酋猴腹部脂肪体积高达普通猕猴的9.3倍，这可能是藏酋猴通过大量蓄积脂肪适应高纬度寒冷环境的生理机制。基因组学分析进一步提供了其独特脂质代谢的证据：参与脂肪储存的关键基因DGAT2、DYSF 和 CAV1，调控脂肪生成的 PRKD1以及调控食欲的瘦素受体基因 LEPR等都在藏酋猴谱系中受到强烈的正选择；同时，氧化磷酸化、糖酵解等能量代谢通路相关基因家族发生了显著扩张；此外，肥胖易感基因CPE在藏酋猴中发生特异性缺失变异。qRT-PCR分析验证了这些脂代谢的关键基因在藏酋猴脂肪组织中的表达水平显著高于猕猴，而LEPR表达水平显著低于猕猴。这些证据表明，藏酋猴通过脂肪储存相关基因的突变、基因拷贝数增加，影响其基因表达，演化出高效的能量储存与利用机制以应对高纬度的寒冷挑战和能量挑战。通过与极地分布人群的研究相比，我们发现，使用脂质作为主要代谢能量来源和增强的脂代谢的能力可能高纬度灵长类动物共同的适应性机制。
图3 藏酋猴独特的脂代谢及其遗传基础。普通猕猴（A）与藏酋猴（B）腹腔脂肪的定量计算机断层扫描（QCT）分析；（C）藏酋猴脂代谢相关基因的序列变异信息。（D）皮下脂肪组织基因表达差异的qRT-PCR验证。
对藏酋猴7个地理种群的群体基因组学分析发现，藏酋猴存在由西向东的种群扩散，东、西两大群体约在24万年前分化，且一直分布于相对高纬度区域。东部种群在脂肪合成与储存相关基因上受到了更强的选择压力，同时，东部种群尤其是黄山种群也表现出较低的遗传多样性和较高的基因组近交水平。
图4 藏酋猴种群遗传学研究。（A）常染色体SNP的系统发育树；（B）中国藏酋猴种群分化路线；（C, D）基因组区域的选择清除信号；（E）七个种群的个体近交系数。
缩短的尾和增强的脂肪储存能力是藏酋猴对高纬度栖息地温度调节和能量调节的关键适应。值得注意的是，由于所有藏酋猴种群都经历了来自高纬度寒冷环境的长期选择压力，使其演化形成了独特的适应性特征，然而这也使该物种特别容易受到当前全球气候变暖的影响。这种情况对东部种群而言尤为迫切，加强对这些地区种群的保护将对应藏酋猴的保护具有重要意义。该研究结果以“Genomics Insights into High-Latitude Adaptation of Tibetan Macaques”为题在线发表于《Advanced Science》。四川大学生命科学学院博士生张汝松、硕士生胡颖，中国科学院动物研究所博士生滕扬博士、助理研究员祁纪伟博士为共同第一作者，四川大学李静教授和中国科学院动物研究所李明研究员为共同通讯作者。美国新泽西州立大学邢津川教授和四川省人民医院实验动物研究所周亮高工也参与了研究。该研究得到了国家自然科学基金项目（32171607，32371696）的资助。
