热休克蛋白基因表达种群差异显著而近期环境响应微弱：对生物标志物开发的启示

《Frontiers in Physiology》：Heat shock protein gene expression varies among populations but does not strongly track recent environmental conditions: implications for biomarker development

　　本研究通过跨纬度种群比较发现，热休克蛋白（HSP）基因表达呈现显著的种群特异性差异，但与其近期所处环境温度关联微弱，提示HSP90AA1作为野生鸟类热应激生物标志物的应用潜力与局限性，为气候变化生理学研究提供了重要参考。

　　

引言

全球气温持续上升促使科学家积极探寻鸟类对高温胁迫的响应机制。热休克蛋白（HSP）作为细胞保护机制的关键组分，在缓解热损伤和促进恢复过程中发挥重要作用，然而其在自然条件下的表达动态尚不明确。本研究以野生树燕（Tachycineta bicolor）雏鸟为模型，探讨自然种群中HSP基因表达变异能否作为近期环境温度的可靠生物标志物。

材料与方法

研究设计覆盖美国东部10个纬度梯度的六个树燕种群，重点分析血液中HSP90AA1基因的表达模式。该基因在禽类急性热应激后呈现mRNA丰度显著升高的特征。通过气候窗口分析技术，系统评估从孵化至采样期间最高温度（T_max）和综合热指数（HeatIndex_max）对基因表达的预测能力。采用实时定量PCR（qPCR）技术检测基因表达，并以核糖体蛋白MRPS25作为内参基因进行标准化。

结果

种群差异分析显示，南卡罗来纳州雏鸟的HSP90AA1基础表达量较马萨诸塞州种群高出近两倍，呈现显著的纬度梯度差异。环境数据分析表明，各种群在繁殖季经历的热应激天数存在显著差异（3-90天/年），但基因表达与采样当日或近期（孵化至采样期间）的热指数均无显著关联。滑动窗口分析发现，虽然个别时间窗口（如采样前3-4天）显示温度与基因表达存在负相关，但置换检验无法排除假阳性可能。特别在南卡罗来纳种群中观察到的负相关模式，同样未通过随机化验证。

讨论

本研究表明HSP90AA1基础表达更可能反映种群长期适应形成的固有差异，而非近期环境波动的即时响应。这种种群特异性表达模式可能体现南方种群对高温环境的预适应机制，即通过维持较高基础HSP水平增强热耐受性。值得注意的是，当前基于家禽模型开发的热指数公式可能不适用于野生鸣禽，这凸显了开发物种特异性热评估工具的迫切性。

研究意义在于为气候变化生理学提供了重要启示：树燕向南方高温区域的分布区扩张可能与其HSP表达调控的适应性进化有关。未来研究需结合实验性热挑战验证种群间热反应差异，并拓展其他潜在生物标志物（如NR4A3、PIK3CD等基因）的探索，以完善对鸟类气候适应能力的预测体系。