过去半个世纪剧增的人类活动导致了全球环境急速变化，在这个大背景下，深入解析“生物对环境的适应过程和机理”成为生态学、进化学和环境科学等多学科关注的研究焦点。入侵生物通常能够在短时间内完成不同环境下的栖息地转换和扩增，因此成为研究生物对环境快速适应机理的良好材料。不依赖于遗传变异的表观遗传通过调控基因表达能够在短时间内（一代以内）快速响应环境变化，调整胁迫相关的生物学功能影响生物的适合度，以及在新环境或变化环境下的存活率，进而参与后续的入侵或进化过程。
     本研究以海洋烈性入侵生物萨氏海鞘（Ciona savignyi）为研究对象，采用实验室环境胁迫方法模拟萨氏海鞘在入侵过程中遇到的温度和盐度变化，在DNA甲基化修饰和基因表达调控两个层面上来研究快速响应模式、动态变化趋势、以及参与响应过程的关键基因及代谢途径，最终阐明萨氏海鞘快速响应温度和盐度变化的分子机制。
主要研究结果如下：
1）在 DNA甲基化修饰层面上，本研究利用  MSAP技术检测到了非常快速的响应：即高温处理 1小时、低盐处理  3小时后  DNA甲基化频率发生显著变化，且处理组与对照组之间出现表观遗传分化。温度和盐度胁迫主要影响内侧胞嘧啶甲基化，而胁迫时间主要影响半甲基化。随着胁迫时间的持续，DNA甲基化响应模式由去甲基化过程为主导变为从头甲基化过程为主导，并且大部分胁迫诱导的 DNA甲基化变化在  48小时重新恢复到正常水平（DNA  methylation resilience,DNA甲基化恢复力）。另外，环境胁迫能够诱导组内个体间的  DNA甲基化差异变大，这些差异将成为自然选择的原材料，增大群体在不利环境中存活的可能性。最后，我们成功鉴定到 4个与温度、5个与盐度胁迫相关的   DNA甲基化位点，其中有 2个位点同时参与温度、盐度胁迫响应过程中。
2）在基因表达调控层面上，本研究利用 RNA-Seq技术分析了温度和盐度胁迫后萨氏海鞘的基因表达变化。结果发现四种不同的胁迫能够诱导大量特异性的差异表达基因来响应特定的环境处理，低温胁迫主要影响细胞膜流动性、核苷酸结合以及蛋白翻译过程；高温胁迫主要影响蛋白折叠、肌肉收缩、蛋白水解及免疫功能；低盐胁迫主要影响转录过程、钙离子跨膜转运、信号传导以及呼吸过程；
高盐胁迫主要影响氧化还原活性、离子转运、免疫以细胞黏附功能。另外，和DNA甲基化动态响应模式类似，基因表达趋势分析表明在转录水平上同样呈现出“诱导表达变化-恢复正常水平”的表达趋势（transcriptome resilience，转录组恢复力）。最后通过 WGCNA方法构建基因共表达网络，成功鉴定到响应温度和盐度胁迫的关键调控网络中的关键基因，包括热激蛋白、RNA去甲基化酶、BAG基因等。
3）差异表达基因通常是 RNA-Seq分析的重点关注对象，但是在环境胁迫下表达量依然维持稳定的基因可以作为内参基因应用于荧光定量 PCR研究中。因此，本研究利用 RNA-Seq数据在全基因组水平筛选表达稳定的基因并利用荧光定量 PCR对其稳定性进行验证，结果表明两种方法得到的表达量结果具有一致性，表达稳定性高的基因主要涉及生物基本功能如核糖体代谢，温度胁迫下推荐PRS15、RPL17和  RhoA为内参基因，盐度胁迫下推荐  TMN、MOB和  UBQ2为内参基因。本研究筛选并经过验证的新内参基因有助于提高利用荧光定量  PCR进行相关研究时的准确性。
4）针对重要的胁迫响应基因-热激蛋白（Heat-shock protein, Hsp），本研究在萨氏海鞘全基因组水平系统地鉴定并分析了 Hsp20、Hsp40、Hsp60、Hsp70、Hsp90、Hsp100以及其转录调控因子  Hsf家族的成员组成、基因结构、位置、蛋白功能域、顺式调控元件等，结果表明 31个候选基因中大部分  Hsp基因（21/30）表达量发生变化，高温胁迫 1小时后  Hsp70-4基因的表达量变化幅度最大。本研究系统地阐明了萨氏海鞘在应对环境胁迫过程中基于 Hsp系统的快速响应机制。
    本研究在 DNA甲基化修饰和基因表达调控两个层面上探讨了入侵萨氏海鞘对温度和盐度变化的快速响应模式并鉴定了关键的候选基因，初步揭示了萨氏海鞘在入侵过程中对环境胁迫快速响应的分子机制，对全面了解生物如何快速应对环境变化具有重要的科学意义，为研究环境变化对全球生态系统的影响提供理论基础和数据支撑。