2025-04-02
Highlights
1. 水產物種的性別轉換(huan)現象非常普遍，但是其分子機制尚未明確。隨著測序技術的發展，性別決定機制不僅依賴遺傳信息，也會受到表觀遺傳修(xiu)飾的動態調控。
2. 通過文獻案例介紹了整合表觀組學(xue)（WGBS、ATAC-seq）和轉錄組學(xue)（RNA-seq）系統解析性腺分化過程中的動(dong)態調控網絡(luo)的研究思路。
3. 派森諾表觀調控領域六大核心產品和轉錄(lu)調控產品(pin)，助力(li)水(shui)產物(wu)種性別轉換機制研(yan)究！
水產物種(zhong)性別轉換的(de)研究(jiu)背景
在水產養殖產業中，性別控制是提(ti)升經濟效(xiao)益與(yu)資源(yuan)可持續(xu)性(xing)的重要(yao)策(ce)略。許多(duo)水產(chan)(chan)物種(zhong)（如(ru)羅(luo)非魚、石斑魚、對蝦(xia)等）的雌雄個體在(zai)(zai)生長速(su)度(du)、性(xing)成(cheng)熟(shu)周期及抗病能(neng)力上存在(zai)(zai)顯著(zhu)差(cha)異。例如(ru)，全(quan)雄羅(luo)非魚因生長快、肉質(zhi)(zhi)優，可縮(suo)短養殖周期并降低(di)生產(chan)(chan)成(cheng)本；而(er)雌性(xing)貝(bei)類因性(xing)腺發(fa)育(yu)消耗能(neng)量，可能(neng)導致肉質(zhi)(zhi)下降。因此，通過人工干預(yu)實現性(xing)別定向調控，已成(cheng)為優化養殖模式的關鍵技術之一。
傳統性別控制方法（如激素誘導、遺傳選育）雖有一定成效，但面臨激素殘留風險、操作復雜及倫理爭議等瓶頸。近年來，隨著組學技術的突破，科學家發現性別決定機制不僅依賴遺(yi)傳信息（如性染色體），還可能受表觀(guan)遺傳(chuan)修飾（如DNA甲基化、非編碼RNA）及環境信(xin)號的動態(tai)調控。例(li)如，某些魚類在(zai)特定溫度或(huo)社會壓力下(xia)可自發發生性別(bie)轉換，暗示表觀-轉錄網絡在(zai)性別(bie)可塑性中的核(he)心作用。
基于此，整合表觀組(zu)學（解析甲基化、染色質開放性等修飾模式）與轉錄組(zu)學（挖掘(jue)性(xing)別(bie)相關基因表達動態(tai)），有望揭示(shi)水(shui)產(chan)物種性(xing)別(bie)轉換的分子(zi)“開關”，為開發(fa)非激素、精準化的性(xing)別(bie)調控技(ji)術提供(gong)理論支撐，助力綠色水(shui)產(chan)養殖的可持續(xu)發(fa)展。
文獻案例
文(wen)章題目(mu)：Integrated chromatin accessibility and DNA methylation analysis to reveal the critical epigenetic modifcation and regulatory mechanism in gonadal diferentiation of the sequentially hermaphroditic fsh, Monopterus albus.
中文(wen)題(ti)目(mu)：整合染色質可及性(xing)與DNA甲基(ji)化分(fen)(fen)析揭示順序性(xing)雌雄同體魚類黃鱔性(xing)腺分(fen)(fen)化的關鍵表(biao)觀遺傳修飾及調控機制
發表期刊：Biology of Sex Differences
IF5y：6.0
發表時間(jian)：2022.12
研究背景：黃鱔是一(yi)種(zhong)具有經濟價值的順序性(xing)(xing)(xing)雌(ci)雄同體(ti)魚類，其性(xing)(xing)(xing)腺發育經歷從雌(ci)性(xing)(xing)(xing)（卵(luan)巢(chao)(chao)）通過(guo)間性(xing)(xing)(xing)階段(duan)（間性(xing)(xing)(xing)腺）向雄性(xing)(xing)(xing)（精(jing)巢(chao)(chao)）的自然性(xing)(xing)(xing)逆(ni)轉(zhuan)過(guo)程。這種(zhong)獨特(te)(te)的性(xing)(xing)(xing)別轉(zhuan)換特(te)(te)性(xing)(xing)(xing)使其成為研究脊(ji)椎(zhui)動物性(xing)(xing)(xing)腺分化(hua)(hua)與表(biao)觀(guan)遺傳調控(kong)(kong)機制(zhi)的理(li)想模型。黃鱔的性(xing)(xing)(xing)逆(ni)轉(zhuan)過(guo)程涉及復雜的分子(zi)調控(kong)(kong)網絡(luo)，傳統(tong)(tong)研究多聚焦于性(xing)(xing)(xing)激素（如雌(ci)激素、雄激素）的作用，但其表(biao)觀(guan)遺傳調控(kong)(kong)機制(zhi)尚(shang)未明確。本研究首次系統(tong)(tong)解析(xi)了黃鱔性(xing)(xing)(xing)逆(ni)轉(zhuan)的多維表(biao)觀(guan)遺傳調控(kong)(kong)網絡(luo)，不僅深化(hua)(hua)了對脊(ji)椎(zhui)動物性(xing)(xing)(xing)別分化(hua)(hua)機制(zhi)的理(li)解，也為開發基于表(biao)觀(guan)標記的精(jing)準性(xing)(xing)(xing)別調控(kong)(kong)技術(shu)奠定(ding)了理(li)論基礎，助力綠色(se)水產養殖的可持續發展。
實驗材料：黃鱔(shan)性(xing)(xing)腺(xian)(xian)組織：卵巢（Ovary, OV）；間(jian)性(xing)(xing)腺(xian)(xian)（Ovotestis, OVT）和精巢（Testis, TE），n=3
組學技術：全基因組DNA甲基化WGBS；染色質可及(ji)性ATAC-seq；RNA-seq
技術路(lu)線(xian)：
主要(yao)研究(jiu)結果：
結果1：全基因組DNA甲(jia)基化動態分析
通過全基因(yin)組亞硫酸氫鹽測序，分析了黃鱔性(xing)(xing)腺(xian)(xian)(xian)發育三個關鍵階段（卵巢OV、間性(xing)(xing)腺(xian)(xian)(xian)OVT、精(jing)巢TE）的DNA甲基化(hua)動態(tai)，發現卵巢（OV）的轉錄起始(shi)位點（TSS）區域(yu)甲基化(hua)水(shui)平顯著高于間性(xing)(xing)腺(xian)(xian)(xian)（OVT）和(he)睪丸（TE）。性(xing)(xing)逆轉過(guo)程(cheng)中（OV→OVT→TE），TSS區域(yu)的甲基化(hua)水(shui)平逐漸(jian)降(jiang)低(di)，且與染色質可及性(xing)(xing)（ATAC-seq信號）呈負相關。
圖 1 性(xing)腺發育過程中DNA 甲(jia)基化(hua)的(de)動態變化(hua)
結果2：差異表達基因（DEGs）的鑒定與功能分(fen)析
通過RNA-seq分(fen)析黃(huang)鱔性(xing)腺發育三個(ge)關鍵(jian)階段（卵巢(chao)OV、間(jian)性(xing)腺OVT、精(jing)巢(chao)TE）的(de)(de)DEGs數量(liang)和功能(neng)富集(ji)情(qing)況。根據DEGs的(de)(de)表(biao)達(da)模式將其(qi)分(fen)成了7關鍵(jian)表(biao)達(da)簇(cu)，其(qi)中(zhong)Cluster 4中(zhong)的(de)(de)903個(ge)基因在OV→OVT顯著(zhu)(zhu)上調(diao)，而在OVT→TE階段下調(diao)，提示其(qi)在性(xing)逆轉(zhuan)中(zhong)起(qi)核(he)心作用(yong)。多組學整合驗證發現Cluster 4基因的(de)(de)啟動(dong)子低(di)甲基化驅動(dong)其(qi)表(biao)達(da)上調(diao)，而ATAC-seq信號無(wu)顯著(zhu)(zhu)關聯(lian)。
圖 2 轉(zhuan)錄起(qi)始位點區域的 DNA 甲基化變化激活了(le)基因表達(da)
結(jie)果3：基(ji)因激活(huo)與染色(se)質(zhi)可及性無顯著關聯
通過ATAC-seq技術分(fen)析黃鱔性(xing)腺(xian)發(fa)育過程中的染色質(zhi)可及(ji)性(xing)動(dong)(dong)態，發(fa)現(xian)染色質(zhi)開放狀(zhuang)態與基(ji)因(yin)表(biao)達無顯(xian)著相關性(xing)，而(er)DNA甲(jia)基(ji)化（尤其是TSS區域）是基(ji)因(yin)激活的主要調控因(yin)素。多組(zu)學(xue)整合分(fen)析發(fa)現(xian)在903個關鍵基(ji)因(yin)（Cluster 4）中，ATAC信號(hao)從OV→OVT階段降低，而(er)DNA甲(jia)基(ji)化水(shui)平(ping)同步下降，基(ji)因(yin)表(biao)達顯(xian)著上調。篩選出(chu)67個候(hou)選基(ji)因(yin)（如plastin-2、slc22a17、tdrp等），其表(biao)達由低甲(jia)基(ji)化驅動(dong)(dong)，而(er)非(fei)染色質(zhi)可及(ji)性(xing)變化。
圖 3 染色質可及(ji)性喪失伴隨的(de)基(ji)因激活
研(yan)究結論(lun)
本研(yan)究(jiu)通(tong)過整合(he)表(biao)觀(guan)組學(xue)（DNA甲基(ji)化(hua)(hua)、染色(se)質(zhi)可及(ji)性(xing)(xing)(xing)）與轉錄(lu)組學(xue)技術(shu)，系統(tong)解析了(le)順序性(xing)(xing)(xing)雌雄同(tong)體魚類黃鱔(shan)（Monopterus albus）性(xing)(xing)(xing)逆轉的表(biao)觀(guan)遺(yi)傳(chuan)調控(kong)機(ji)制(zhi)。研(yan)究(jiu)發(fa)現(xian)，性(xing)(xing)(xing)腺發(fa)育過程中（卵巢→間性(xing)(xing)(xing)腺→精巢），DNA甲基(ji)化(hua)(hua)動(dong)(dong)態（特(te)別是(shi)轉錄(lu)起始位(wei)點TSS區域的低(di)甲基(ji)化(hua)(hua)）與基(ji)因(yin)(yin)表(biao)達(da)呈顯(xian)著(zhu)(zhu)負相關(guan)，而染色(se)質(zhi)可及(ji)性(xing)(xing)(xing)（ATAC-seq）變化(hua)(hua)對基(ji)因(yin)(yin)激(ji)活影(ying)響(xiang)微(wei)弱(ruo)。關(guan)鍵基(ji)因(yin)(yin)plastin-2在間性(xing)(xing)(xing)腺階段(duan)表(biao)達(da)顯(xian)著(zhu)(zhu)上調，其啟(qi)(qi)動(dong)(dong)子(zi)區低(di)甲基(ji)化(hua)(hua)通(tong)過抑(yi)制(zhi)甲基(ji)轉移酶（如(ru)zebularine處(chu)理(li)）或激(ji)素(su)（甲基(ji)睪酮）干預得(de)以驗證。進(jin)一步(bu)功能實驗表(biao)明，轉錄(lu)因(yin)(yin)子(zi)dmrt1和foxl2結(jie)合(he)plastin-2啟(qi)(qi)動(dong)(dong)子(zi)，甲基(ji)化(hua)(hua)通(tong)過阻礙(ai)其結(jie)合(he)抑(yi)制(zhi)基(ji)因(yin)(yin)表(biao)達(da)。該研(yan)究(jiu)首次揭示DNA甲基(ji)化(hua)(hua)在黃鱔(shan)性(xing)(xing)(xing)逆轉中的主(zhu)導(dao)作用(yong)，挑戰了(le)染色(se)質(zhi)開(kai)放性(xing)(xing)(xing)調控(kong)基(ji)因(yin)(yin)表(biao)達(da)的傳(chuan)統(tong)認知，為開(kai)發(fa)非激(ji)素(su)依賴的性(xing)(xing)(xing)別控(kong)制(zhi)技術(shu)提(ti)供了(le)理(li)論(lun)依據，推動(dong)(dong)水產養殖精準育種(zhong)的發(fa)展。
