近日，生态学和进化生物学TOP期刊Molecular Ecology在线刊发了海洋所贝类遗传与进化研究团队关于牡蛎温度适应进化机制的最新成果。

表型可塑性是一种重要的进化机制，能够帮助生物改变表型值适应快速变化的环境。表型可塑性的遗传变异也称为遗传与环境相互作用（G×E），是导致环境响应性状表型变异的关键部分。然而目前对于G×E 效应如何塑造环境响应性状的不同可塑性模式理解薄弱，其背后的分子调控机制研究不足。

长牡蛎和福建牡蛎是我国北方和南方潮间带的两大重要经济贝类，同时也是不同温度适应型的近缘姊妹亚种。团队前期研究成果揭示了二者在长期温度适应过程中其重要温度适应性状不饱和脂肪酸含量及主效基因存在差异的表型可塑性模式（Wang et. al., Molecular Biology and Evolution, 2023）,并且鉴定出环境响应基因甘油三酯水解酶（Atgl）非编码区是关键的选择区域（Li et. al., Molecular Biology and Evolution, 2021）。因此甘油三酯性状及关键基因Atgl可作为重要靶点进行表型可塑性分化模式的遗传与分子调控机制研究。

研究结果发现,耐高温的福建牡蛎在Atgl基因表达和脂质动员能力方面表现出较高的组成性表达和较低的可塑性变化，这种性状权衡（Trade-offs）可能代表了一种表型可塑性的分化模式。针对基因上游启动子区筛选出二者遗传变异位点鉴定出相关分子模块，并通过测量不同基因型在细胞上启动子区活性变化和牡蛎杂交F2群体水平上对温度变化响应的 Atgl基因表达变化，进一步分析了每个位点的 G 和 G×E 效应。最终证明非环境响应性转录因子Nono特异性与福建牡蛎等位基因结合并介导了g.-1804位点的G效应，而福建牡蛎中转录因子Hnrnpk的较低环境敏感性介导了g.-1919位点的G×E效应，二者共同调控了福建牡蛎 Atgl基因的较高组成性表达和较低可塑性变化之间的权衡。

非环境响应型与环境响应型转录因子分别塑造遗传位点G与G×E效应

本研究作为一个实验生物学案例，利用数量遗传学的方法识别顺式变异的G×E效应，并通过分子实验揭示其在环境响应性状表型可塑性模式形成的调控机制，是遗传学和分子生物学在生态和进化领域的成功应用，对深化G×E在适应性性状形成、预测海洋生物对未来极端天气变化的适应潜力具有重要意义。目前相关分子模块及应用已获得国家发明专利授权并已应用于耐高温牡蛎新品种培育。

中科院海洋所博士研究生杜明洋为文章第一作者，博士后王朝刚为共同第一作者，李莉研究员为通讯作者。研究得到了国家重点研发计划、山东省重点研发计划、国家自然科学基金等项目的共同资助。 

论文信息：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.

原文链接: https://doi.org/10.1111/mec.17623