环境变化下表型可塑性的机制

《Biological Reviews》：Mechanisms underlying phenotypic plasticity in response to environmental change

动物表型可塑性机制研究综述：环境信息通过神经内分泌系统（HPA/I/HPT/HPS轴）整合，经AMPK感知及表观遗传调控（DNA甲基化、组蛋白修饰、miRNA），形成网络式适应机制，揭示其与生态适应性的关联。

　　

摘要

了解人类活动如何影响自然系统对于维护生态系统健康及其为社会提供的服务至关重要。表型可塑性——即同一基因型调控下不同表型的表达——是提高表型对快速变化环境适应能力或恢复力的最有效机制。本文综述了动物表型可塑性的相关机制。理解这些调控机制非常重要，因为它们决定了替代表型建立和持续存在的时间过程。我们认为，跨代和代际可塑性、发育可塑性以及可逆适应性的调控涉及：(i) 环境信息的获取；(ii) 信号整合；(iii) 将环境信息转化为表型变化。我们对这些阶段进行了概述，旨在总结现有知识，并使其能够为非神经内分泌学和分子生物学领域的读者所理解。环境信息的获取主要通过传感器完成，这些传感器将温度、光照、化学物质等环境信号传递给中枢神经系统。一个例外是AMP激活的蛋白激酶（AMPK），它能感知细胞能量水平，并通过与神经内分泌系统的相互作用来调节合成代谢和分解代谢。信号整合主要通过神经和内分泌机制实现，其中关键的调控轴包括自主神经系统、下丘脑-垂体-肾上腺/肾轴（HPA/I）、下丘脑-垂体-甲状腺轴（HPT）以及下丘脑-垂体-生长激素轴（HPS），它们从大脑接收环境信息并通过激素信号进行传递。这些主要调控轴的作用可以直接作用于目标组织，也可以通过表观遗传修饰的基因表达程序来实现。DNA甲基化、组蛋白修饰和microRNA是主要的表观遗传过程，其中前两者受神经内分泌信号的调控。重要的是，所有这些过程（AMPK、神经内分泌、表观遗传）之间存在相互作用，因此调控是以网络化的方式进行的，而不仅仅是由单一调控因子单独完成的。尽管如此，了解各个具体机制仍然是研究更复杂相互作用的基础，有助于深入理解表型可塑性的进化及其生态学意义。