揭示高山紫堇植物伪装的遗传基础

伪装是动物常见的防御策略。通过改变它们的颜色和图案，动物可以躲避捕食者或伏击猎物。值得注意的是，青藏高原和邻近地区40%以上的高山植物物种表现出典型的伪装色

在中国西南部的高海拔碎石坡（4000米以上），冻融循环将岩石破碎成移动的砾石。尽管条件极端，这些亚热带地区还是拥有专门的动植物群。一些紫堇属物种的叶子颜色与它们的岩石基质非常匹配，使它们几乎看不见，这使它们获得了“伪装大师”的称号。

这些植物是Parnassius蝴蝶的关键宿主，其幼虫只以紫堇为食。雌性蝴蝶依靠视觉线索来定位产卵的寄主植物，这表明食草动物的压力推动了这些植物伪装的进化

之前的研究表明，伪装可以在不损害光合作用的情况下提高生存率。叶子的颜色因种群而异，与当地的岩石背景相匹配。紫堇的伪装叶子积累了高水平的花青素，这直接导致了它们的隐性表型。然而，这种伪装色的遗传基础尚不清楚

在这项研究中，研究人员利用叶色二态性（伪装和绿色形态共存）和种群水平变异，揭示了紫堇叶色伪装的遗传机制

通过组装两种叶色形态（伪装和绿色）的高质量基因组，并整合转录组学和代谢组学分析，研究人员发现了花青素生物合成途径和代谢物积累中结构基因的特异性表达是如何导致伪装叶的

使用高质量的SV和SNP数据集，包括来自六个种群的157个植物个体，一项全基因组关联研究（GWAS）发现，第四号染色体上bHLH35基因（bHLH35-ins）中254 bp的转座子插入与叶片伪装密切相关

插入充当bHLH35基因的增强子，增加bHLH33的转录活性和表达水平。作为调节花青素合成的转录因子，升高的bHLH35上调下游花青素结构基因，促进叶片中花青素的积累，使叶片呈现出岩石般的灰色

此外，研究人员使用三维打印制成的诱饵叶进行了田间实验，以评估伪装植物对Parnassius蝴蝶的防御效果。结果表明，蝴蝶主要在绿色植物附近访问和产卵。在自然环境中，伪装植物的食草动物数量较少，坐果率较高

对过去500年植物和蝴蝶有效种群规模和气候数据的分析揭示了植物和蝴蝶种群之间的“镜像波动”模式：在最近的温暖时期，绿色植物种群急剧下降，而蝴蝶种群保持稳定；相反，伪装植物的数量保持稳定，而帕纳斯蝴蝶的数量则有所减少

通过整合感觉生态学、分子生物学和进化生物学，研究人员阐明了紫堇伪装着色的遗传和生态适应机制。这项研究为高山植物的生存策略提供了新的见解 More information: Han Zhang et al, Genetic basis of camouflage in an alpine plant and its long-term co-evolution with an insect herbivore, Nature Ecology & Evolution (2025). DOI: 10.1038/s41559-025-02653-3

Journal information: Nature Ecology & Evolution