近日，国际环境科学TOP期刊Science of the Total Environment（IF =9.8）在线发表了题为“Rolling with the punches: Organism-environment interactions shape spatial pattern of adaptive differentiation in the widespread mantis shrimp Oratosquilla oratoria”的文章，报道了中国科学院海洋研究所沙忠利课题组在环境与生物的交互作用对口虾蛄适应性分化格局的塑造方面的最新研究成果。

现存海洋生物多样性格局是环境与生物在不同时空尺度共同作用的结果。西北太平洋边缘海的历史环境变迁与当前复杂洋流及高度异质的空间环境必将对现存海洋生物多样性格局产生影响。在古气候变化及复杂洋流与环境等影响背景下，西北太平洋生物如何形成目前空间分布格局以及海洋生物种群如何响应，构成了西北太平洋区域生物和海洋环境协同演化的重要科学问题。

本研究以西北太平洋广布种口虾蛄（Oratosquilla oratoria）为研究对象，利用简化基因组测序技术对采集自中国和日本沿岸口虾蛄7个地理群体共计130个个体进行了全基因组扫描。群体遗传结构分析发现口虾蛄在分布范围内存在明显的生态地理结构，该结构以南北种群的差异为主；且这一南北差异主导的种群结构均存在于中国和日本沿岸。此外，在日本海中部群体检测到杂交个体，其亲本分别来自于日本的南、北方，提示存在杂交渐渗。进一步整合时、空尺度上环境数据与遗传数据，证实口虾蛄在分布范围内存在适应性分化格局，空间温度选择压力是重要驱动力。

在自然选择加持下，种群等位基因频率会向有利于提高适合度的方向稳定变化，从而促进对环境的适应。该研究鉴定到多个与温度适应关联的基因和等位基因频率变异，功能富集分析显示这些基因参与了代谢过程、信号传导、应激等多个生物过程。研究人员重点关注了TRPA1基因，它是一种热敏离子通道，与温度感应相关，在低温下被激活。绘制等位基因分布频率图发现，在温带地区TRPA1主效等位基因频率显著增加，这表明定向选择可能作用于该基因，导致主效等位基因在较冷的水域被固定，推测TRPA1等位基因频率的变化可能有助于口虾蛄对不同热环境的适应。

最后，基于中性数据集进行了群体分化历史分析，以追溯历史环境变迁对口虾蛄适应性分化格局的影响。研究发现第四纪冰期海平面下降导致的生境隔离可能驱动了祖先适应性等位基因的固定。然而，这种历史多态性的长期持久性暗示了存在某种基因流的限制。西北太平洋复杂洋流以及生态位差异导致的环境过滤对迁移个体和/或杂交后代的选择作用是在基因流背景下维持历史分化的关键。物种分布模型（SDM）预测在未来气候情景下日本沿岸的杂交区将进一步扩大，可能会促进基因交流，打破杂交与选择间的平衡，从而影响口虾蛄生物地理格局。综上所述，历史上长期的生境隔离、当前环境温度空间异质性（歧化选择）、洋流（长江冲淡水）和杂交渐渗相互影响共同促进与维持了口虾蛄适应性遗传格局。

口虾蛄温度适应性遗传格局的形成与维持及其气候适应的意义

本研究作为一个研究范例，综合群体基因组学和生态学研究方法，以演化为主线，揭示了环境与生物交互作用对西北太平洋生物多样性格局的塑造。同时，该研究强调了解析气候适应关联的等位基因变异空间分布特征对气候变化下海洋生物多样性保护以及预测海洋生物对未来气候变化的适应潜力的重要性。

中国科学院海洋研究所为论文第一完成单位，中国科学院海洋研究所程娇副研究员和中国科学院南海海洋研究所张志新研究员为共同第一作者，海洋研究所沙忠利研究员为通讯作者。研究得到国家自然科学基金项目（杰青项目、面上项目）和中国科学院战略性先导科技专项等项目联合资助。

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2024.170244