近期，Nature旗下期刊Communications Biology和国际学术期刊Aquaculture相继刊发了中国科学院海洋研究所贝类适应进化与育种应用研究组关于牡蛎温度适应分化机制的两项新进展，研究系统阐明了核心热适应激酶 ERK 在介导牡蛎近缘种间耐热性分化的遗传调控机制与级联分子网络，为牡蛎耐高温新品系的“分子模块设计育种”提供了关键理论依据、高灵敏表型和候选育种模块。

细胞对外界热胁迫的感知与响应高度依赖于蛋白激酶介导的信号转导。MAPK（丝裂原活化蛋白激酶）家族是生物进化上高度保守的应激响应中枢，其中ERK1/2（细胞外信号调节激酶1/2）作为该家族的核心成员，通过磷酸化数百种底物蛋白，广泛参与细胞增殖、分化、存活及应激响应等关键生物学过程。然而，在海洋无脊椎动物中，ERK 激酶在胁迫应答中的功能认知仍十分有限。

长牡蛎（Crassostrea gigas）和福建牡蛎（Crassostrea angulata）分别作为我国北方和南方海域的主养种，耐热性存在显著差异。前期比较磷酸化蛋白组学数据发现，高温胁迫下福建牡蛎的ERK磷酸化水平显著高于长牡蛎，暗示ERK的差异性激活是驱动种间热耐受性分化的核心分子开关。

基于此，研究团队从细胞核转录调控和细胞质底物磷酸化修饰两个层面，系统解析了ERK在牡蛎热应激响应中的级联分子网络。药理学阻断结合热胁迫实验表明，ERK通过转录激活自噬与吞噬相关基因（如 Drpr、Sqstm1），并抑制促凋亡信号（下调 Bax，上调 Birc3和 Xiap），协同维持热胁迫下的细胞稳态与存活。此外，ERK重编程能量代谢通路（增强糖酵解，抑制脂肪酸合成和氨基酸代谢），并直接磷酸化糖酵解限速酶——磷酸果糖激酶（PFK）的 Thr775 位点，实现了对糖酵解通量的即时变构激活，从而为热损伤修复提供了快速的能量保障。

在遗传调控层面，通过全基因组关联分析（eGWAS）和群体遗传分析，成功锁定ERK上游激活因子SHOC2基因编码区的一个关键同义突变（c.1188A>G）。该突变在福建牡蛎中呈现出强烈的选择性偏好（优势 G 等位基因）。功能验证显示，该同义突变显著增强了mRNA热稳定性，进而促进了 SHOC2 的蛋白表达及其对下游 ERK 磷酸化水平的级联放大。这一发现打破了“同义突变不改变氨基酸序列因而呈进化中性”的传统认知，揭示了海洋生物通过同义突变介导环境适应的调控机制。

综上，该研究首次系统构建了ERK介导的牡蛎热应激转录调控网络，揭示了同义突变通过“SHOC2-BRAF-ERK-PFK”信号转导调控轴介导牡蛎耐热性分化的分子机制。目前，相关发现已申请分子模块发明专利，并成功应用于长牡蛎耐高温新品系的培育，实现了从基础理论突破到育种实践应用的有效转化，为海洋生物温度适应进化研究提供了新见解。

图1 SHOC2-BRAF-ERK-PFK信号级联调控轴介导牡蛎耐热性分化

中国科学院海洋研究所博士研究生王敏为文章第一作者，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、国家自然科学基金以及国家现代农业产业技术体系等项目的共同资助。

论文信息：

Wang, M#; Wang, CG#; Du, MY; Jiang, ZX; Chen, JC; Cong, RH; Wang, W ; Zhang, GF; Li, L*. MAPK/ERK-driven transcriptional regulation mediates divergent thermal tolerance in two congeneric oyster species. Aquaculture, 2025, 609742855-742855. DOI:10.1016/J.AQUACULTURE.2025.742855.

Wang, M#; Wang, CG#; Du, MY; Jiang, ZX; Chen, JC; Pang, MQ; Zhang, TP; Cong, RH; Wang, W; Zhang, GF; Li, L*.  A naturally synonymous mutation modulates an ERK-centered regulatory network to mediate thermotolerance divergence in Crassostrea oysters. Communications biology, 2026, DOI:10.1038/S42003-026-10054-W.