黑色素突变体如何应对不同温度：以瓢虫Harmonia axyridis为例研究温度诱导的表型可塑性

《Ecology and Evolution》：How a Melanism Mutant Responds to Different Temperatures: A Case Study in Ladybird Beetle Harmonia axyridis Demonstrating Thermal-Induced Phenotypic Plasticity

黑腹丽蚜 melanism突变体ml在温度变化下的表型可塑性和类胡萝卜素浓度差异研究。摘要：发现ml突变体具有隐性单基因遗传特性，其黑斑发生率受温度影响显著小于野生型，且在高温下仍保持较高黑色素水平。值得注意的是，ml突变体在25℃和32.5℃时 elytra类胡萝卜素浓度显著高于野生型，这为理解昆虫多色性表型可塑性的遗传机制提供了新视角。

　　本研究探讨了亚洲多点瓢虫（*Harmonia axyridis*）中一种新的黑化突变体 *ml* 在不同温度条件下是否表现出与野生型 *wt* 相似的表型可塑性。这一突变体在整个发育过程中表现出较高的黑色素水平，而野生型通常会随着温度升高而减少整体黑色素含量及斑点数量。通过对比实验，研究人员发现 *ml* 突变体在不同温度下对黑色素斑点的出现频率变化较小，且其黑色素水平始终高于野生型。同时，*ml* 在25°C和32.5°C条件下表现出更高的类胡萝卜素浓度，这表明该突变体在热响应方面可能具有独特的适应机制。

研究中首先通过经典的杂交实验确定了 *ml* 突变体的遗传模式。结果显示，*ml* 以常染色体隐性方式遗传，与野生型的杂交后代中，突变体的表型遵循预期的1:3比例，进一步验证了其为隐性突变。此外，当突变体与野生型进行回交实验时，其后代的表型比例接近1:1，进一步支持了这一结论。

在不同温度条件下，研究人员观察了 *ml* 和 *wt* 的生存率。结果显示，两种类型在32.5°C时的生存率均显著低于在17.5°C和25°C时的生存率。然而，*ml* 和 *wt* 在32.5°C下的生存率之间没有显著差异，这表明突变体可能在高温下的适应性并不逊色于野生型。这与热黑化假说（Thermal Melanism Hypothesis, TMH）预测的黑暗个体在寒冷环境中更适应有所不同，暗示了遗传背景可能对热黑化效应产生重要影响。

关于黑色素和类胡萝卜素的分布特征，研究发现 *ml* 在不同温度下对黑色素斑点的出现频率变化较小，尤其是在高温条件下，部分斑点仍然保持较高出现率。相比之下，野生型在高温下表现出更显著的斑点减少现象。*ml* 的黑色素水平在所有温度条件下均高于野生型，尤其是在较高温度下，这一差异更加明显。例如，在32.5°C时，*ml* 的黑色素水平甚至高于在较低温度下 *wt* 的黑色素水平。这表明 *ml* 突变体可能具有更稳定的黑色素沉积机制，使其在高温环境中的表现优于野生型。

对于类胡萝卜素的浓度，研究发现 *ml* 在25°C和32.5°C时的浓度显著高于野生型，而在17.5°C时两者没有显著差异。这表明突变体可能在某些温度条件下对类胡萝卜素的积累具有更高的效率，或者其生理需求与野生型存在差异。此外，类胡萝卜素在昆虫体内的作用不仅仅是色素形成，它们还具有重要的生理功能，如抗氧化作用。因此，类胡萝卜素浓度的变化可能反映了昆虫对环境的适应性，尤其是对光照和温度变化的反应。

研究还探讨了 *ml* 突变体在不同温度下的表型可塑性。与野生型相比，突变体在不同温度下的黑色素斑点出现频率变化较小，这可能意味着其在热环境中的适应机制更为稳定。同时，*ml* 在高温下表现出更高的黑色素水平，这与热黑化假说中的预期结果相反，可能表明该突变体在热适应方面具有独特的生理机制。

通过这些研究，科学家们不仅揭示了 *ml* 突变体在热响应方面的独特表现，还进一步探讨了黑色素和类胡萝卜素在昆虫适应环境中的潜在作用。这些发现有助于理解昆虫在不同环境条件下的表型可塑性及其遗传基础，也为相关领域的研究提供了新的视角。此外，由于 *ml* 突变体在某些条件下表现出更高的类胡萝卜素浓度，这可能提示其在生理适应方面具有更复杂的作用机制，值得进一步研究。