12月24日，我院董云偉教授與斯坦福大學 George Somero 教授合作，在 Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America (PNAS)（《美國科學院院報》）發表題為“Comparing mutagenesis and simulations as tools for identifying functionally important sequence changes for protein thermal adaptation”的研究論文，探討了海洋軟體動物蛋白質溫度適應性變化模式。這一文章與該團隊2018年初在PNAS發表的“Structural flexibility and protein adaptation to temperature: Molecular dynamics analysis of malate dehydrogenases of marine mollusc”一文共同開辟了利用計算生物學進行貝類進化研究的方向。

董云偉團隊在潮間帶生物生化適應機制的研究過程中，結合分子動力學模擬和實驗調控手段，發現極端高溫下，耐熱濱螺能夠通過增強代謝關鍵酶的作用，避免蛋白質的解鏈，保持微結構完整和功能維持（J Exp Biol, 2017）；通過對原位體溫跨度達60℃的12種軟體動物的研究，定量了cMDH結構柔性的溫度適應性變化程度，揭示了氨基酸溫度適應性進化的關鍵位點，闡述了蛋白質結構穩定性與生物地理分布的內在聯系。將海洋軟體動物生化適應研究從單一的定性實驗，拓展到了基于計算生物學的定量研究，揭示了海洋軟體動物細胞質蘋果酸脫氫酶（cMDH）結構穩定性和功能適應性的趨同進化模式，建立了基于代謝關鍵酶的“酶促動力學—蛋白合成—模擬計算”的生化適應機制的創新性研究模式。

圖. (A) 具有不同水平和垂直分布、原位溫度迥異的海洋軟體動物具有不同的熱耐受性，并且與 cMDH 結構剛性和柔性的變化程度負相關；(B) 分子動力學模擬（MDS）高溫變性過程中，主要剛性和柔性的變化發生在柔性區域（MR），實線為粒結節濱螺（Echinolittorina radiata）cMDH 初始結構，虛線為 57 °C 下，0-2ns 結構變性的變化軌跡； (C) 塔結節濱螺（E. malaccana）的二聚體結構，紅色球體為E. malaccana, E. radiata, Littorina keenae 和 L. scutulata cMDH非保守替代位點，氨基酸變異位點總是位于 MRs 外，四者具備高度保守的序列，但熱耐受性迥異。

基于上述基礎，課題組進一步拓展研究的深度與廣度，比較分析了從南極洲半致死溫度僅為 4 °C 的扇貝，到中國沿海可耐受 60 °C 以上高溫的濱螺等26種海洋軟體動物 cMDH 的溫度耐受性，提出了蛋白質不同區域氨基酸的溫度適應性變化模式，通過分子動力學分析揭示了具有重要功能的區域及其作用機制。這一系列研究成果加深了對海洋生物蛋白質溫度適應機制的認識，為該領域提供了新的研究模式與思路，對于查明環境溫度對生物分布的影響及其機制，預測氣候變暖的生態學效應具有重要意義。

該成果得到國家自然科學基金項目（項目編號：41776135、41476115）和福建省杰出青年基金（2017J07003）資助。

董云偉團隊致力于潮間帶生態學研究，重點研究潮間帶生物對復雜環境條件的響應特征和時空規律，及其適應機制。近年來研究主要集中在潮間帶生物生化適應機制、生理調節策略及地理格局變化等方面。（1）生理調節策略方面：建立了以能量代謝和應激反應為主要參數的生理響應模型，闡釋了溫度和降水等多重環境脅迫影響潮間帶種群動態的機制（Funct Ecol，2016；Mol Ecol，2014）。整合環境和生理數據，查明我國潮間帶生物對溫度變化的敏感性及其緯度特征（P Roy Soc B，2017）。與國外合作者共同發表評述提出要重視海洋多重尺度環境變化的生態效應（Nature，2018）。（2）地理格局變化方面：確定了我國潮間帶軟體動物存在著以長江口為界的生物地理格局，提出了海堤修建會導致生物分布區遷移（Science，2015）；證實了沿岸建筑已成為我國潮間帶生物擴散的“跳板”，減弱了長江口原有的隔離效應，促進了南北群體間的交流，改變了潮間帶生物地理分布格局（Divers Distrib，2016）；首次發現了氣候變化和人類活動造成我國潮間帶軟體動物向北遷移的證據。