近日，分子生物學與進化領域權威期刊《Molecular Biology and Evolution》在線刊發了中科院海洋所貝類遺傳與進化研究團隊關于牡蠣溫度適應進化機制的研究論文“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控變異為兩種近緣牡蠣溫度適應可塑性的分化提供新的見解）。
表型可塑性是生物迅速響應環境變化的重要手段，這在全球氣候變化的背景下對于預測海洋生物的環境適應潛力至關重要。不同的基因型通常表現出差異的可塑性響應，這為自然選擇提供了重要靶點，因此自然選擇通過作用于可塑性背后的遺傳變異進而促進適應性表型可塑性的分化和進化。目前有很多關于海洋生物高可塑性的報道，但關于其遺傳與進化調控機制認知的薄弱，限制了對海洋生物適應性性狀形成及其適應潛力預測的全面與深入認知。
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勢種，是我國的兩大主要經濟貝類，也是存在溫度適應性分化的近緣姊妹亞種。團隊前期研究成果顯示二者在受選擇基因和環境響應性基因Stearoyl-CoA Desaturase(Scd)的表達和非編碼區上存在差異（Ao Li et. al., Molecular Biology and Evolution, 2021），本研究通過對溫度適應目標性狀油酸（Oleic acid, C18：1）及其關鍵合成基因Scd進行表型可塑性分化模式的遺傳與分子調控機制研究，以期加深對海洋生物可塑性進化的認知。
分子功能實驗證實了牡蠣Scd基因可以催化合成C18：1，進而調控細胞膜流動性以適應溫度變化。同質化養殖和室內溫度應激實驗顯示二者在Scd基因表達和下游代謝底物油酸（C18：1）含量存在分化的可塑性響應模式，具體表現為長牡蠣具有更高的基礎表達和含量，但福建牡蠣在溫度變化下的上調幅度更高，即基礎表達和塑性表達的Trade-offs，其可能由可塑性的重要進化模式之一——遺傳同化（Genetic assimilation）介導。針對基因上游啟動子區（~2k）進行遺傳篩查和功能試驗，證實啟動子區內存在16個基因頻率存在顯著差異的SNP并形成一個較強的連鎖不平衡模塊（LD Block），其中g. -333(C>T)位點與正向轉錄因子YBox Factor轉錄因子互作，且g. -333 C(長牡蠣優勢基因型)/g. -333 T(福建牡蠣優勢基因型)會創造/破壞該順式（Cis）調控位點與轉錄因子的結合，進而介導長牡蠣Scd更高的基礎表達。而正向調控和結合Scd啟動子區的反式（Trans）因子Sterol-regulatory element binding proteins（Srebp）在低溫脅迫下存在差異表達模式，即長牡蠣下調，福建牡蠣上調，其可能介導溫度變化下福建牡蠣更高的塑性表達。
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化及其在適應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潛力預測中的重要作用提供了新的見解?；谠撗芯?，團隊正在開展長牡蠣和福建牡蠣遺傳改良以及設計育種等工作。
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研發計劃、國家自然科學基金、中國科學院A類戰略性先導科技專項、山東省重點研發計劃等項目的共同資助。
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
順式變異和反式變異塑造的Scd差異可塑性模式示意圖
院地合作