镉诱导尼罗罗非鱼（Oreochromis niloticus）基因组DNA甲基化的跨代遗传效应研究

DNA methylation is a main component of epigenetic modification, involved in the processes of gene silencing, X chromosome inactivation, differentiation genomic imprinting and carcinogenesis. The heavy metal cadmium as a ubiquitous pollutant in aquatic environment has been proved to change DNA methylation levels of whole-genome DNA and cytosine of gene promoter region in fish. We expose the zebrafish (F0) to a single dose of Cd2+，apply the Whole Genome Bisulfite Sequencing technique to detect the cadmium induced DNA methylation changes in F0, F1 and F2 fishes, and further compare and analyze differentially methylated region and related genes. qPCR and biochemical methods will be used to verify the regulation of transgenerational inheritance of DNA methylation on related gene expression, enzyme activity and biomolecule damage. This study will explore the effects of transgenerational inheritance of genomic DNA methylation induced by cadmium in zebrafish, further uncover the heavy metal resistance mechanism based on transgenerational inheritance of DNA methylation, and provide new research idea for the breeding of aquatic fingerlings.

DNA甲基化是一种重要的表观遗传修饰，与基因沉默、X染色体失活、基因组印记以及肿瘤等生物事件密切相关。重金属镉是目前水体中普遍存在的一种污染物，被证实能改变鱼类全基因组DNA和某些基因启动子区胞嘧啶的甲基化水平。本项目只对亲代（F0代）尼罗罗非鱼进行镉暴露，孵化的子代尼罗罗非鱼进行净水养殖。利用全基因组Bisulfite测序技术获取亲代和子代（F1，F2代）尼罗罗非鱼全基因组甲基化图谱，并对差异性甲基化区域进行分析，探究亲代镉暴露下尼罗罗非鱼全基因组DNA甲基化跨代遗传规律，进一步从个体、细胞和分子水平研究DNA甲基化跨代遗传对子代尼罗罗非鱼生长、抗氧化防御及解毒代谢功能的影响。本项目的开展将揭示重金属胁迫下尼罗罗非鱼基因组DNA甲基化的跨代遗传规律，阐明DNA甲基化跨代遗传在鱼类抗重金属胁迫中的作用。特定的甲基化位点可作为分子标记应用于遗传育种，有望为水产苗种的遗传改良研究提供新的思路。

镉在水环境中是一种常见的重金属污染物，对水生生物具有很强的毒性。镉暴露改变鱼类全基因组DNA和某些基因启动子区胞嘧啶的甲基化水平。阐明基于DNA甲基化跨代遗传的鱼类对重金属胁迫的防御机制，可望为水产鱼种的遗传改良研究提供新的思路。. 本项目计划内容主要四部分，镉胁迫下尼罗罗非鱼抗氧化及解毒代谢机制研究，亲代和子代（F2，F2代）全基因组甲基化图谱的获取，镉胁迫下DNA甲基化调控机制研究，以及镉暴露对关键功能基因启动子区域甲基化变化规律研究，现已部分完成。. 本项目研究以罗非鱼为研究对象，以环境浓度相关浓度0.01和0.05mg/L的镉暴露尼罗罗非鱼45d和90d。结果显示，重金属镉暴露能显著抑制尼罗罗非鱼的生长，呈现出剂量效应关系，这可能与肝脏中IGF-І基因的mRNA表达水平的下调有关。镉暴露能显著削弱抗氧化防御系统，增加脂质过氧化损伤和DNA氧化损伤。全基因组DNA甲基化水平随镉暴露的浓度和时间的延长而显著降低，可能与DNA氧化损伤、甲基化酶基因（DNMT3a、DNMT3b）mRNA表达水平下调和去甲基化基因TET（TET1、TET3）的mRNA表达水平上调有关。镉暴露能显著提高生长调控基因GH和IGF-I启动子区的甲基化水平。此外，以模式物种斑马鱼为实验材料，采用全基因组Bisulfite测序技术获取了亲代鱼全基因组甲基化图谱。研究结果阐释了镉暴露对尼罗罗非鱼的生长抑制效应，对抗氧化防御及解毒代谢的影响机制以及DNA甲基化水平的影响及调控机制，为进一步阐明镉诱导的尼罗罗非鱼DNA甲基化跨代遗传规律奠定了基础。