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(xiàn)刊發(fā)了中科院海洋所貝類(lèi)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(jiàn)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(duì)于預(yù)測(cè)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(guò)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(bào)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(duì)海洋生物適應(yīng)性性狀形成及其適應(yīng)潛力預(yù)測(cè)的全面與深入認(rèn)知。
長(zhǎng)牡蠣和福建牡蠣是自然棲息于由長(zhǎng)江分割的中國(guó)北方與南方的潮間帶優(yōu)勢(shì)種，是我國(guó)的兩大主要經(jīng)濟(jì)貝類(lèi)，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(guò)對(duì)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(duì)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(dòng)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(zhǎng)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(duì)基因上游啟動(dòng)子區(qū)(~2k)進(jìn)行遺傳篩查和功能試驗(yàn)，證實(shí)啟動(dòng)子區(qū)內(nèi)存在16個(gè)基因頻率存在顯著差異的SNP并形成一個(gè)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(zhǎng)牡蠣優(yōu)勢(shì)基因型)/g. -333 T(福建牡蠣優(yōu)勢(shì)基因型)會(huì)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(zhǎng)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(dòng)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(zhǎng)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(gè)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(gè)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(duì)未來(lái)全球氣候變化下的適應(yīng)潛力預(yù)測(cè)中的重要作用提供了新的見(jiàn)解。基于該研究，團(tuán)隊(duì)正在開(kāi)展長(zhǎng)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(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金、中國(guó)科學(xué)院A類(lèi)戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專(zhuān)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
2023年2月1日
來(lái)源：中國(guó)科學(xué)院海洋研究所
