中国大陆草蜥生活史响应气候变暖的纬度变异格局及调控机制

The ecological consequence and underlining mechanisms of the effects of climate warming on animal life history traits are critical in evaluating the vulnerability of animals. However, as the most important life history traits, the latitudinal pattern and underlining mechanisms of the effects on reproduction and survival of climate warming remain obscure. The potential mechanisms may contain the mitochondrial metabolism, and the balance between oxidative stress, damage and antioxidant defense. In this project, we will conduct inter-latitudinal comparisons, and factor-manipulated investigations in seminatural enclosures, with Takydromus amurensis from Liaoning, T. septenrionalis from Zhejiang, and T. sexlineatus from Hainan as subjects. By comparison of the reproduction, survival and their trade-offs, and then mitochondrial metabolism, activities of key regulatory enzymes, oxidative stress and damage, antioxidant defense, plus genetic sequence variation, different expression and alternative splicing at proteomics of related genes between female lizards from control and warming treatments, we aim to reveal the latitudinal patterns of the responses in reproduction, survival and their trade-offs to climate warming, and the underlying mechanisms at physiological, biochemical and molecular levels. Therefore, our project will expand new areas of investigation on the thermal adaptation of reptiles, and then provide the theoretical basis for the vulnerability assessment of animals against climate warming.

理解气候变暖对动物生活史特征的影响是揭示动物种群受气候变暖威胁程度的基础和前提。然而，作为最重要的生活史特征，繁殖和存活及其权衡关系响应气候变暖的纬度变异格局及生理生化与分子调控机制尚不明确。本项目以不同纬度分布的黑龙江草蜥、北草蜥和南草蜥为对象，开展比较研究和半自然围栏下的增温实验。分别比较常温和升温下各草蜥物种的繁殖和存活生活史特征及其权衡关系，线粒体能量代谢、关键代谢酶活性、氧化压力和损伤、抗氧化防御动态，以及相关基因在转录水平的序列变异、差异表达和可变剪接等调控，旨在揭示中国大陆草蜥繁殖和存活及其权衡关系对气候变暖响应的纬度变异格局和生理生化与分子调控机制。因此，本项目拓展了爬行动物温度适应性研究的新领域，并为评估气候变暖背景下动物物种受威胁程度提供理论依据。

在全球气候变暖背景下，动物对温度变化的繁殖和存活等重要生活史响应对策与机制的纬度变异格局是生理生态学的前沿课题和国际研究热点。本项目以分布范围跨越热带、亚热带和温带地区的中国大陆草蜥为对象，首先建立了跨纬度半自然围栏研究系统，开展温度操控半自然饲养与因子控制实验和比较实验，分析中国大陆草蜥在气候变暖环境下的生长、存活和繁殖响应的纬度格局；并且通过分析能量代谢及其多层次调控机制，力图揭示中国大陆草蜥重要生活史特征响应气候变暖的纬度格局与调控机制。研究发现，当面对气候变暖时，所有纬度的草蜥物种均利用行为响应方式响应，并且中高纬度的草蜥物种可以通过能量代谢调控响应温度变异，进而导致其生长和存活并不受到气候变暖的抑制。除此之外，我们发现中高纬度的草蜥物种在变暖的环境中繁殖受到提升，而能量代谢调控也是关键因素。能量代谢多层次分析发现，中纬度草蜥物种通过调控肝脏大小的方式调控代谢率，而高纬度草蜥物种通过调控线粒体功能、代谢酶活性和代谢通路转换等方式调控代谢率。与此同时，本研究发现胚胎的高温耐受能力存在显著的纬度变异，随着纬度的升高胚胎高温耐受能力提升，而低纬度区域的草蜥物种由于胚胎高温耐受能力薄弱而更易遭受气候变暖的威胁。整合各个生活史阶段的响应，本项目发现低纬度区域的草蜥物种因为胚胎和成体阶段的行为、生理和生活史响应受限，更易遭受气候变暖的威胁。因此，本项目通过解析中国大陆草蜥属蜥蜴的生理和生活史响应环境温度变异的地理格局及其生化与分子基础，拓展了爬行动物温度适应性研究的新层次，并为评估气候变暖背景下动物物种受威胁程度提供理论依据。