近日，分子生物學(xué)與進(jìn)化領(lǐng)域權(quán)威期刊《Molecular Biology and Evolution》在線刊發(fā)了中科院海洋所貝類遺傳與進(jìn)化研究團(tuán)隊(duì)關(guān)于牡蠣溫度適應(yīng)進(jìn)化機(jī)制的研究論文“Cis- and trans-variations of Stearoyl-CoA Desaturase Provide New Insights into the Mechanisms of Diverged Pattern of Phenotypic Plasticity for Temperature Adaptation in Two Congeneric Oyster Species”（硬脂酰CoA去飽和酶的順式與反式調(diào)控變異為兩種近緣牡蠣溫度適應(yīng)可塑性的分化提供新的見解）。
表型可塑性是生物迅速響應(yīng)環(huán)境變化的重要手段，這在全球氣候變化的背景下對于預(yù)測海洋生物的環(huán)境適應(yīng)潛力至關(guān)重要。不同的基因型通常表現(xiàn)出差異的可塑性響應(yīng)，這為自然選擇提供了重要靶點(diǎn)，因此自然選擇通過作用于可塑性背后的遺傳變異進(jìn)而促進(jìn)適應(yīng)性表型可塑性的分化和進(jìn)化。目前有很多關(guān)于海洋生物高可塑性的報道，但關(guān)于其遺傳與進(jìn)化調(diào)控機(jī)制認(rèn)知的薄弱，限制了對海洋生物適應(yīng)性性狀形成及其適應(yīng)潛力預(yù)測的全面與深入認(rèn)知。
長牡蠣和福建牡蠣是自然棲息于由長江分割的中國北方與南方的潮間帶優(yōu)勢種，是我國的兩大主要經(jīng)濟(jì)貝類，也是存在溫度適應(yīng)性分化的近緣姊妹亞種。團(tuán)隊(duì)前期研究成果顯示二者在受選擇基因和環(huán)境響應(yīng)性基因Stearoyl-CoA Desaturase（Scd）的表達(dá)和非編碼區(qū)上存在差異（Ao Li et. al., Molecular Biology and Evolution, 2021），本研究通過對溫度適應(yīng)目標(biāo)性狀油酸（Oleic acid, C18：1）及其關(guān)鍵合成基因Scd進(jìn)行表型可塑性分化模式的遺傳與分子調(diào)控機(jī)制研究，以期加深對海洋生物可塑性進(jìn)化的認(rèn)知。
分子功能實(shí)驗(yàn)證實(shí)了牡蠣Scd基因可以催化合成C18：1，進(jìn)而調(diào)控細(xì)胞膜流動性以適應(yīng)溫度變化。同質(zhì)化養(yǎng)殖和室內(nèi)溫度應(yīng)激實(shí)驗(yàn)顯示二者在Scd基因表達(dá)和下游代謝底物油酸（C18：1）含量存在分化的可塑性響應(yīng)模式，具體表現(xiàn)為長牡蠣具有更高的基礎(chǔ)表達(dá)和含量，但福建牡蠣在溫度變化下的上調(diào)幅度更高，即基礎(chǔ)表達(dá)和塑性表達(dá)的Trade-offs，其可能由可塑性的重要進(jìn)化模式之一——遺傳同化（Genetic assimilation）介導(dǎo)。針對基因上游啟動子區(qū)（~2k）進(jìn)行遺傳篩查和功能試驗(yàn)，證實(shí)啟動子區(qū)內(nèi)存在16個基因頻率存在顯著差異的SNP并形成一個較強(qiáng)的連鎖不平衡模塊（LD Block），其中g(shù). -333（C>T）位點(diǎn)與正向轉(zhuǎn)錄因子YBox Factor轉(zhuǎn)錄因子互作，且g. -333 C（長牡蠣優(yōu)勢基因型）/g. -333 T（福建牡蠣優(yōu)勢基因型）會創(chuàng)造/破壞該順式（Cis）調(diào)控位點(diǎn)與轉(zhuǎn)錄因子的結(jié)合，進(jìn)而介導(dǎo)長牡蠣Scd更高的基礎(chǔ)表達(dá)。而正向調(diào)控和結(jié)合Scd啟動子區(qū)的反式（Trans）因子Sterol-regulatory element binding proteins（Srebp）在低溫脅迫下存在差異表達(dá)模式，即長牡蠣下調(diào)，福建牡蠣上調(diào)，其可能介導(dǎo)溫度變化下福建牡蠣更高的塑性表達(dá)。
本研究作為一個研究范例（case study），揭示了順式變異（Cis-Variations）和反式變異（Trans-Variations）塑造了表型可塑性在兩個牡蠣亞種間的分化模式，這為海洋生物可塑性的進(jìn)化及其在適應(yīng)性性狀的形成和海洋生物面對未來全球氣候變化下的適應(yīng)潛力預(yù)測中的重要作用提供了新的見解。基于該研究，團(tuán)隊(duì)正在開展長牡蠣和福建牡蠣遺傳改良以及設(shè)計(jì)育種等工作。
中科院海洋所博士研究生王朝剛為文章第一作者，李莉研究員為通訊作者。研究得到了國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國家自然科學(xué)基金、中國科學(xué)院A類戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)、山東省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃等項(xiàng)目的共同資助。
論文信息：Chaogang Wang, Ao Li, Rihao Cong, Haigang Qi, Wei Wang, Guofan Zhang, Li Li, Cis- and trans-variations of Stearoyl-CoA Desaturase Provide New Insights into the Mechanisms of Diverged Pattern of Phenotypic Plasticity for Temperature Adaptation in Two Congeneric Oyster Species, Molecular Biology and Evolution, 2023, msad015.
原文鏈接：https://doi.org/10.1093/molbev/msad015
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