被忽视的跨代可塑性变异模式：鲤科鱼类不同年龄和性别的不同环境变异来源的重要性各不相同

IF 4.6 1区环境科学与生态学 Q1 ECOLOGY

Functional Ecology Pub Date : 2024-04-15 DOI:10.1111/1365-2435.14560

Denis Meuthen, Douglas P. Chivers, Maud C. O. Ferrari

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摘要

1 引言表型可塑性是指个体基因型在一代人的时间内通过产生不同的表型来应对环境变化的能力（West-Eberhard，2003）。在可塑性适应过程中，不仅个人对环境的经验，而且上几代人对环境的经验都会通过非遗传的机制对所产生的表型做出贡献，这被称为跨代可塑性（TGP；Salinas 等人，2013；Meuthen，2022）。大量研究表明，个体的个人环境（West-Eberhard，2003 年）和母体环境（Badyaev，2008 年）、父系环境（Curley 等人，2011 年）以及照顾子女的父母的环境（Head 等人，2012 年；Weaver 等人，2004 年）都息息相关。由于这些不同来源的环境经验可能不同，因此个体面临的挑战是如何适应性地整合这些变异，以产生微调的表型。然而，我们仍然缺乏对这些不同环境对 TGP 期间表型形成的相对重要性的充分了解，这也是导致有关其适应性的荟萃分析结果存在争议的原因（Sánchez-Tójar 等人，2020 年）。最近，有人提出，通过测量整个发育过程中的反应，我们可以更好地了解可塑性的变化（Dupont 等人，2023 年）。这可能也适用于 TGP 期间的整合，因为不同年龄的个体很少共享相同的生态位和环境，这在逻辑上应导致不同环境经验来源对表型表达的相对重要性的变化。首先，理论预测父母和个人环境线索的相对优先性主要取决于个体的本体发育阶段（Stamps & Bell, 2021）。这是因为亲代和子代接触环境的相对持续时间不同（Stamps & Bell, 2021）。在较长的绝对时间内对环境变化进行采样的一代，预计将成为塑造后代表型的主要力量。因此，在生命早期，父母的环境经验应占主导地位，而在发育后期，个人的环境经验应取而代之（McNamara 等人，2016 年；Stamps & Bell，2021 年，但参见 Moore 等人，2019 年）。我们将这一得到经验支持的理论（Chang 等人，2021 年；Shama 等人，2014 年）称为 "取样-持续时间-退化 "假说（图 1a）。只有假设（b）和假设（c）是相互排斥的。其次，关于是母体环境经验还是父体环境经验与后代表型更相关，存在两种相互排斥的理论。首先，我们称之为 "共享生态位 "假说（shared-niche hypothesis）的理论假定，与后代共享相同生态位的亲代性别因此能更好地采样相关的环境变异，而不同的后代本体发育阶段和性别之间存在差异（Bell & Hellmann, 2019）。换句话说，在生命早期，与后代共享环境的亲代性别应构成主要的环境经验，而在成年期，与后代性别相匹配的亲代性别应成为未来环境条件更可靠的预测因子（图 1b）。这一理论得到了经验上的支持（Hellmann 等人，2020 年；Herman 等人，2014 年）。其次，在没有父母照料的情况下，母体不仅可以传递表观基因组，还可以将营养物质、激素、抗体和酶嵌入其大型卵子中（Boulinier & Staszewski, 2008; Giesing等人，2011）。这种 "母体进入 "假说（图 1c）可以解释为什么在整个个体发育过程中，母体效应往往大于父体效应（Chang 等人，2021 年；Hellmann 等人，2020 年）。第三，无论先前的环境如何，仅在相对较短的亲代照料期间的环境变化就足以诱导后代发生明显的表型变化（Stein & Bell, 2014 年）。同时，要影响配子，环境变化需要发生在胚胎性腺发育或配子形成过程中（Tariel-Adam 等人，2023 年）。因此，我们推测，父母的关爱信息代表的是短期的环境经验，代际之间的滞后时间较短，而配子则包含更多长期的环境经验。从两项实证研究（Hellmann 等人，2021 年；Meuthen 等人，2023 年）的结果中也可以观察到，在整个本体发育过程中，亲代关怀与配子介导的环境经验之间的转换。

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Neglected patterns of variation in transgenerational plasticity: The importance of different sources of environmental variation differs across ages and sexes in a cyprinid fish

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Functional Ecology 环境科学-生态学

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期刊介绍： Functional Ecology publishes high-impact papers that enable a mechanistic understanding of ecological pattern and process from the organismic to the ecosystem scale. Because of the multifaceted nature of this challenge, papers can be based on a wide range of approaches. Thus, manuscripts may vary from physiological, genetics, life-history, and behavioural perspectives for organismal studies to community and biogeochemical studies when the goal is to understand ecosystem and larger scale ecological phenomena. We believe that the diverse nature of our journal is a strength, not a weakness, and we are open-minded about the variety of data, research approaches and types of studies that we publish. Certain key areas will continue to be emphasized: studies that integrate genomics with ecology, studies that examine how key aspects of physiology (e.g., stress) impact the ecology of animals and plants, or vice versa, and how evolution shapes interactions among function and ecological traits. Ecology has increasingly moved towards the realization that organismal traits and activities are vital for understanding community dynamics and ecosystem processes, particularly in response to the rapid global changes occurring in earth’s environment, and Functional Ecology aims to publish such integrative papers.