青藏高原極端環(huán)境（低氧、強紫外線、溫差大）為研究生物適應性提供了天然的試驗場。盡管已有研究表明動物基因表達模式的演化在高原適應中具有重要作用，但遺傳與環(huán)境因素如何共同調控這一過程仍缺乏系統(tǒng)性解析。為此，本研究聚焦青藏高原10種兩棲動物（圖1），通過整合轉錄表達數(shù)據(jù)與環(huán)境參數(shù)，系統(tǒng)探討了基因表達可塑性在極端環(huán)境適應中的動態(tài)響應模式，旨在揭示物種特異性適應策略的形成機制及其功能基礎。

研究結果表明，不同物種間的基因表達模式存在顯著差異，這些差異主要受環(huán)境因子的驅動，包括溫度、氧氣濃度、紫外線輻射強度以及降水量。此外，我們發(fā)現(xiàn)基因表達的差異性與遺傳距離之間并無顯著相關性，這表明基因表達演化更多地由物種特異性和環(huán)境選擇壓力所決定。例如，中華蟾蜍（Bufo gargarizans）對多種環(huán)境因子表現(xiàn)出強烈的基因表達反應，顯示出其在不同環(huán)境下具有較強的適應能力；而西藏齒突蟾（Scutiger boulengeri）的基因表達模式相對穩(wěn)定（圖2）。這提示不同物種演化出"靈活響應"與"穩(wěn)態(tài)維持"的適應策略分化。進一步分析發(fā)現(xiàn)，環(huán)境因子的調控權重存在物種異質性：如降水量和氧濃度對中華蟾蜍基因表達變異的貢獻率最高，而在高山倭蛙中溫度和氧濃度成為主要調控因素，這種差異可能反映了物種對不同環(huán)境壓力源的演化優(yōu)先級選擇。值得注意的是，盡管物種間基因表達模式差異顯著，但能量代謝、抗氧化應激、細胞自噬等核心生理功能模塊呈現(xiàn)趨同進化特征，表明環(huán)境壓力通過不同調控路徑推動功能趨同（圖3）。

這些發(fā)現(xiàn)從多維度揭示了基因表達可塑性在高原適應中的核心作用：環(huán)境選擇通過塑造基因表達多樣性驅動動物適應策略的形成，功能趨同保障了關鍵生理過程的優(yōu)化，而物種特異性適應策略則體現(xiàn)了演化歷史的路徑依賴。該研究不僅為理解極端環(huán)境適應提供了"基因表達-生理功能-生態(tài)策略"的整合框架，更對高原生態(tài)系統(tǒng)保護具有實踐價值——例如針對高可塑性物種設計動態(tài)保護方案，或基于功能趨同特征篩選適應性標記基因。未來研究需結合表觀遺傳修飾與蛋白質互作網絡，深入解析環(huán)境信號傳導的多層級調控機制，為預測氣候變化下的生物適應性演化提供理論支撐。

本研究以“Adaptive Divergence and Functional Convergence: The Evolution of Pulmonary Gene Expression in Amphibians of the Qingzang Plateau”為題，發(fā)表在國際分子生態(tài)學研究的經典期刊Molecular Ecology（一區(qū)top）。中國科學院成都生物研究所常利明博士為該論文第一作者，朱未副研究員、王斌副研究員和江建平研究員為通訊作者。該研究得到第二次青藏高原綜合科學考察研究計劃（STEP,2019QZKK05010503，2019QZKK05010203），中國科學院西部之光計劃（021XBZG_XBQNXZ_A_006），四川省自然科學基金青年項目（2024NSFSC1182）以及國家自然基金青年項目（No. 32300350）的資助。

原文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1111/mec.17663

圖1 青藏高原科學考察兩棲動物樣本信息。(A) 采樣點位置。(B) 119個樣本的系統(tǒng)發(fā)育關系。基于119個兩棲動物樣本線粒體基因序列拼接構建的系統(tǒng)發(fā)育樹，使用IQ-TREE軟件并進行1000次bootstrap重復分析，不同物種以不同顏色的分支表示。(C) 10種兩棲動物的采樣點海拔范圍。綠色和紅色點分別表示采樣點的最低和最高海拔。(D) 兩棲動物樣本的物種分布。餅圖展示了來自不同兩棲動物物種的樣本數(shù)量，不同顏色代表各個物種。(E) 兩棲動物樣本的采樣點分布。餅圖展示了從不同采樣點采集的兩棲動物樣本數(shù)量，不同顏色代表各采樣點。

圖2 基因表達變異、遺傳多樣性與環(huán)境因子之間的關聯(lián)（針對三種高原優(yōu)勢物種）。(A) 三種高原優(yōu)勢物種的環(huán)境因子變化情況。(B-D) Mantel分析分別展示中華蟾蜍（B）、高山倭蛙（C）和西藏齒突蟾（D）的基因表達、遺傳多樣性與環(huán)境因子之間的相關性。線條的粗細表示相關系數(shù)（r）的大小，線條顏色反映顯著性水平（p值），而方塊顏色代表皮爾遜相關系數(shù)（r）。

圖3高山倭蛙和西藏齒突蟾基因表達的差異與功能趨同。(A–B) 高山倭蛙和西藏齒突蟾在采樣點dg (A)和llz (B)的差異表達基因的表達模式。(C) 高山倭蛙和西藏齒突蟾差異表達基因的功能富集分析。圓形和三角形分別表示采樣點 dg 和 llz；紅色和藍色填充分別表示在高山倭蛙和西藏齒突蟾中上調表達的基因。(D–E) 高山倭蛙和西藏齒突蟾的差異表達基因與功能富集項在采樣點 dg (D) 和 llz (E) 的相關性。紅色和藍色圓圈分別表示高山倭蛙和西藏齒突蟾的上調基因；綠色圓圈表示富集功能項；紅色和藍色文字分別表示高山倭蛙和西藏齒突蟾在采樣點 dg 和 llz 表達模式相似的上調基因。(F–G) 高山倭蛙和西藏齒突蟾在采樣點 dg (F) 和 llz (G) 與自噬及氧化磷酸化相關的差異表達基因及其功能富集項。紅色和藍色條形分別代表高山倭蛙和西藏齒突蟾；紅色和藍色文字表示兩物種中上調表達的基因。