海洋所在牡蠣溫度適應(yīng)遺傳與環(huán)境互作及可塑性進(jìn)化分子機(jī)制方面獲新進(jìn)展
近日,生態(tài)學(xué)和進(jìn)化生物學(xué)TOP期刊Molecular Ecology在線刊發(fā)了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)制的最新成果。
表型可塑性是一種重要的進(jìn)化機(jī)制,能夠幫助生物改變表型值適應(yīng)快速變化的環(huán)境。表型可塑性的遺傳變異也稱為遺傳與環(huán)境相互作用(G×E),是導(dǎo)致環(huán)境響應(yīng)性狀表型變異的關(guān)鍵部分。然而目前對(duì)于G×E 效應(yīng)如何塑造環(huán)境響應(yīng)性狀的不同可塑性模式理解薄弱,其背后的分子調(diào)控機(jī)制研究不足。
長(zhǎng)牡蠣和福建牡蠣是我國(guó)北方和南方潮間帶的兩大重要經(jīng)濟(jì)貝類,同時(shí)也是不同溫度適應(yīng)型的近緣姊妹亞種。團(tuán)隊(duì)前期研究成果揭示了二者在長(zhǎng)期溫度適應(yīng)過程中其重要溫度適應(yīng)性狀不飽和脂肪酸含量及主效基因存在差異的表型可塑性模式(Wang et. al., Molecular Biology and Evolution, 2023),并且鑒定出環(huán)境響應(yīng)基因甘油三酯水解酶(Atgl)非編碼區(qū)是關(guān)鍵的選擇區(qū)域(Li et. al., Molecular Biology and Evolution, 2021)。因此甘油三酯性狀及關(guān)鍵基因Atgl可作為重要靶點(diǎn)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。
研究結(jié)果發(fā)現(xiàn),耐高溫的福建牡蠣在Atgl基因表達(dá)和脂質(zhì)動(dòng)員能力方面表現(xiàn)出較高的組成性表達(dá)和較低的可塑性變化,這種性狀權(quán)衡(Trade-offs)可能代表了一種表型可塑性的分化模式。針對(duì)基因上游啟動(dòng)子區(qū)篩選出二者遺傳變異位點(diǎn)鑒定出相關(guān)分子模塊,并通過測(cè)量不同基因型在細(xì)胞上啟動(dòng)子區(qū)活性變化和牡蠣雜交F2群體水平上對(duì)溫度變化響應(yīng)的 Atgl基因表達(dá)變化,進(jìn)一步分析了每個(gè)位點(diǎn)的 G 和 G×E 效應(yīng)。最終證明非環(huán)境響應(yīng)性轉(zhuǎn)錄因子Nono特異性與福建牡蠣等位基因結(jié)合并介導(dǎo)了g.-1804位點(diǎn)的G效應(yīng),而福建牡蠣中轉(zhuǎn)錄因子Hnrnpk的較低環(huán)境敏感性介導(dǎo)了g.-1919位點(diǎn)的G×E效應(yīng),二者共同調(diào)控了福建牡蠣 Atgl基因的較高組成性表達(dá)和較低可塑性變化之間的權(quán)衡。

非環(huán)境響應(yīng)型與環(huán)境響應(yīng)型轉(zhuǎn)錄因子分別塑造遺傳位點(diǎn)G與G×E效應(yīng)
本研究作為一個(gè)實(shí)驗(yàn)生物學(xué)案例,利用數(shù)量遺傳學(xué)的方法識(shí)別順式變異的G×E效應(yīng),并通過分子實(shí)驗(yàn)揭示其在環(huán)境響應(yīng)性狀表型可塑性模式形成的調(diào)控機(jī)制,是遺傳學(xué)和分子生物學(xué)在生態(tài)和進(jìn)化領(lǐng)域的成功應(yīng)用,對(duì)深化G×E在適應(yīng)性性狀形成、預(yù)測(cè)海洋生物對(duì)未來極端天氣變化的適應(yīng)潛力具有重要意義。目前相關(guān)分子模塊及應(yīng)用已獲得國(guó)家發(fā)明專利授權(quán)并已應(yīng)用于耐高溫牡蠣新品種培育。
中科院海洋所博士研究生杜明洋為文章第一作者,博士后王朝剛為共同第一作者,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、山東省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金等項(xiàng)目的共同資助。?
論文信息:Mingyang Du, Chaogang Wang, Zhuxiang Jiang, Rihao Cong, Ao Li, Wei Wang, Guofan Zhang, Li Li,?The genotype-by-environment effects of cis-variations in the Atgl promoter mediate the divergent pattern of phenotypic plasticity for temperature adaptation in two congeneric oyster species,?Molecular Ecology, 2024.
原文鏈接: https://doi.org/10.1111/mec.17623
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