鱼类寒冷环境下逆转座子大规模扩增的表观遗传调控机制研究

Enviornmental adaptive evolution is a hot topic in the biology field. Polar fishes living in the cold environment are regarded as very model organisms to explore mechanisms of adaptive evolution. Using genomics and transcriptomics analysis, our previous studies revealed that extensive gene duplications are the principal mechanism of genomic adaptive evolution in Antarctic fishes under the extreme cold environment.Especially retrotransposon genes duplicated by 300-fold. Retrotranspositions contribute to genome size and birth of new genes.It was reported that epigenetical regulation plays important role in retrotranspositions. Our study will use up-to-date epigenetic techniques, such as genome-wide DNA-methylation sequencing (MeDIP-seq) and Chromatin Immunoprecipitation sequencing (ChIP-seq) to detect variations of DNA-methylation and histone modifications in genome and retrotransposon regions in Antarctic fishes.The functions of these epigenetical variations in retrotransposon extensive duplications under extreme cold environment will be studied and then tested in zebrafish cell lines. Our study will provide important resourses for genetic and epigenetic intervention for cold adaptation in fishes.

环境适应性进化是生物学领域的热点之一,而生活在寒冷环境的极地鱼类一直是研究寒冷适应性进化的理想生物模型。我们的前期工作利用比较基因组学和转录组学研究首次揭示南极鱼基因组在极端寒冷环境下发生大规模扩增,其中逆转座子基因家族的扩增最为显著,高达300倍.逆转座直接参与基因组的扩增并介导新基因的产生,而表观遗传学机制是控制逆转座活性的重要因素。本研究将采用最新的表观遗传学全基因组DNA甲基化测序(MeDIP-Seq)技术和染色体免疫沉淀结合测序（ChIP-seq）技术,鉴定生活在寒冷环境的南极鱼类基因组及逆转座子区域DNA甲基化和组蛋白修饰的特征性改变，分析这些改变对于寒冷环境下逆转座子扩增的影响，并在模式生物斑马鱼细胞系中进行验证，从而揭示鱼类如何在表观遗传学层面进行寒冷适应进化。本研究将为鱼类寒冷适应的遗传与表观遗传干预提供重要的理论依据。

环境适应机制是生物学研究领域的重要课题。我们前期工作利用比较基因组学和转录组学研究方法揭示了极端寒冷环境下南极鱼类基因组适应性进化的基本规律,但仍无法解释寒冷适应的所有机制。近年来随着表观遗传学的兴起，许多以前基因组研究无法解释的现象得到了很好的阐明。本项目旨在研究鱼类低温适应和逆转子扩增的表观遗传调控机制。研究采用全基因组DNA甲基化测序(MeDIP-Seq)技术和染色体免疫沉淀结合测序（ChIP-seq）等表观遗传学技术,对斑马鱼细胞系及斑马鱼胚胎低温处理后的表观组(DNA甲基化、组蛋白修饰、lncRNA等)、转录组变化及低温驯化后的表型变化进行了研究，阐述了DNA甲基化、组蛋白修饰、lncRNA在鱼类低温适应和逆转座子扩增中的重要调控作用。研究发现表观修饰酶类KDM4A、HDAC、Dnmt3 在鱼类低温适应中的重要调控作用；发现低温下lncRNA差异表达，对鱼类低温适应起调控作用；发现HSP90 在低温适应及逆转座子扩增过程中的表观遗传调控机制。部分研究成果已发表于PLoS ONE、Cell Death & Disease、GENE和中国水产科学等期刊杂志。部分研究成果数据已整理，文章有待发表中。该项目研究成果为鱼类低温适应研究提供了重要的表观组数据库,为水产动物耐寒育种提供了重要线索。