動物體色的本地適應（Local Adaptation）在物種形成和適應性進化過程中至關重要，然而關於其本地適應的近因（生理生化）和遠因（進化）的全麵研究仍然十分缺乏。近日，必威精装版app西汉姆联 杜衛國團隊和劉峰團隊聯合攻關，以青藏高原分布的貴德沙蜥物種為研究係統，整合室內外生態實驗、基因組測序和遺傳驗證等手段，揭示了貴德沙蜥體色本地適應的驅動力及生理生化和分子機製。相關成果以Genetically encoded lizard color divergence for camouflage and thermoregulation為題以封麵論文形式，於2024年1月19日在線發表在進化生物學知名期刊Molecular Biology and Evolution上。

團隊成員通過研究發現，青海湖邊溫暖沙丘和寒冷草甸的貴德沙蜥在體表光譜反射方麵呈現出明顯差異：溫暖沙丘種群的淺色貴德沙蜥具有較高的光譜反射率，而寒冷草甸種群的深色貴德沙蜥則反射率較低。通過野外被捕食概率實驗、野外活動體溫和室內體色體溫調節實驗，研究人員發現，深色和淺色蜥蜴的體色在各自的環境中都能有效充當保護色，同時有助於體溫調節：深色體色有利於在寒冷環境中快速升高體溫，而淺色體色則在溫暖環境中有效防止體溫過高。

生理生化分析顯示，這種體表的反射率所反映的體色差異，是由於體表的黑色素含量差異造成的。通過深色種群和淺色種群的基因組重測序分析，研究人員在深色蜥蜴種群的黑色素生成相關基因Tyrp1的459#位點發現了一個新的GC突變，是造成體色分化的遺傳基礎。結果顯示該位點的等位基因頻率在深色蜥蜴中為22.22% G/C和77.78% C/C，在淺色蜥蜴中為100% G/G。通過模型預測TYRP1的酶三級結構和催化活性，表明該突變增加了TYRP1酶結構的靈活性和催化活性，從而促進了深色蜥蜴體表黑色素的生成（圖1）。

此外，在利用斑馬魚係統進行的Tyrp1基因功能驗證實驗中，注射了深色蜥蜴Tyrp1基因型的斑馬魚體內檢測到更多的黑色素含量和更深的體色，進一步驗證了Tyrp1突變在黑色素生成中的功能。利用野生型斑馬魚為研究係統，通過注射包含淺色蜥蜴Tyrp1 (Tyrp1^1376G）和深色蜥蜴Tyrp1（Tyrp1^1376C）基因序列的質粒，發現注射後個體體色均比野生型變深，而注射深色蜥蜴Tyrp1基因的斑馬魚體色最深。有趣的是，深色蜥蜴Tyrp1質粒注射後導致的斑馬魚體色變黑，並沒有通過增加黑色素細胞數量的方式，而是通過提升了黑色素細胞內黑色素含量的方式實現的（圖2）。

簡言之，本研究通過係統的實驗研究和數據分析，發現一個來自黑色素生成關鍵基因的新突變構成了貴德沙蜥體表顏色變異的遺傳基礎，保護色和體溫調節對體色的共同選擇可能會加強適應性遺傳分化的發生，使具有不同體色的相鄰種群得以存續。

本研究是在多個團隊精誠合作下完成的。杜衛國研究員和孫寶珺副研究員進行了研究設計和保護色與熱調節以及基因組測序等工作，劉峰研究員和呂鵬博士實施了斑馬魚體係的功能驗證。必威精装版app西汉姆联 孫寶珺副研究員為論文第一作者，李偉明博士、呂鵬博士、文冠男博士為共同第一作者，必威精装版app西汉姆联 的杜衛國研究員為論文通訊作者，劉峰研究員為共同通訊作者。必威精装版app西汉姆联 的謝鴻鑫和王喜鳳博士，以及博士研究生吳丹陽、陶師昂、薑中文、河北師範大學的汪洋博士、北京易科泰生態技術有限公司的於長青教授、諾禾致源的陳誌強博士為該研究的共同作者。該研究獲得了第二次青藏高原綜合科學考察(2019QZKK0501)、中國科學院先導項目(XDB31000000)、三江源國家公園與中國科學院聯合項目(LHZX-2020-01)、國家重點研發項目(2022YFF0802300)、國家自然科學基金委項目(32271572、32200341)以及中國科學院青年創新促進會的資助。

原文鏈接：https://doi.org/10.1093/molbev/msae009

圖1 貴德沙蜥Tyrp1基因的種群間變異及其結構和表達量

圖2 斑馬魚功能驗證實驗揭示深色種群Tyrp1基因功能

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