硬骨魚類性別分化過程的表觀遺傳機制研究進展

姜潔明,劉 鷹,3,劉 奇,閆紅偉

( 1.大連海洋大學,遼寧 大連 116023; 2.設(shè)施漁業(yè)教育部重點實驗室,遼寧 大連 116023; 3.青島海洋科學與技術(shù)試點國家實驗室,山東 青島 266237 )

大多數(shù)脊椎動物在形態(tài)和生理上表現(xiàn)出顯著的雌雄兩性性別差異,長期以來,性別一直是生命科學研究的重大命題之一[1]。性別決定和性別分化相互聯(lián)系又有所區(qū)別,性別決定是確定性別分化方向的方式,性別分化為具有雙向潛力的未分化性腺經(jīng)過程序性發(fā)生的一系列事件,發(fā)育成精巢或卵巢,并出現(xiàn)第二性征的過程[2]。大部分魚類的生長具有顯著的性別差異,如黃顙魚(Pelteobagrusfulvidraco)[3]、尼羅羅非魚(Oreochromisniloticus)[4]、烏鱧(Channaargus)[5]等的雄性個體大于雌性,鯉(Cyprinuscarpio)[6]、牙鲆(Paralichthysolivaceus)[7]、大西洋鮭(Salmosalar)[8]、歐洲舌齒鱸(Dicentrarchuslabrax)[9]和半滑舌鰨(Cynoglossussemilaevis)[10]等雌性成魚個體大于雄性。此外,鱘魚卵可以做魚子醬,雌魚的經(jīng)濟價值遠高于雄魚,而河鲀的精巢在我國稱之為“西施乳”,雄魚價格高于雌魚,因此,在生產(chǎn)上實現(xiàn)單性育種可以極大提高經(jīng)濟效益[11]。與其他脊椎動物相比,魚類分布廣、種類多,同時也擁有最為多樣的性別決定方式。因為魚類的分類處于承上啟下的地位,其性別決定除了受到遺傳因素的影響外,還容易受到外界環(huán)境的影響,如溫度、pH、密度、光照強度、溶解氧含量等,并具有高度的可塑性[12-14]。

核酸是遺傳的分子基礎(chǔ),它的堿基序列上包含生物體所有的遺傳信息,幾乎所有的生命活動均由基因調(diào)控[15]。1942年,Waddington在研究細胞發(fā)育命運時,首次提出了表觀遺傳學的概念[16],經(jīng)過30年的沉寂后,在20世紀70年代再次進入人們的視野,并于20世紀80年代后期被重新提出,20世紀90年代末至今迅猛發(fā)展,成為生命科學領(lǐng)域中的研究熱點之一[16]。表觀遺傳學主要研究在基因核苷酸序列不發(fā)生改變的情況下,DNA及有關(guān)蛋白分子發(fā)生的可遺傳修飾,這些修飾可被細胞“記憶”并在隨后的細胞分裂過程中保留下來[17]。目前表觀遺傳調(diào)控機制研究內(nèi)容主要包括DNA甲基化、非編碼RNA調(diào)控及組蛋白修飾等。研究人員發(fā)現(xiàn),表觀遺傳修飾在魚類的性別分化過程中具有重要的作用,開展與魚類性別分化過程相關(guān)的表觀遺傳學研究,對深入了解其性別形成機制具有重要意義。因此,筆者重點從DNA甲基化和非編碼RNA等方面,綜述魚類性別形成的表觀遺傳調(diào)控機制,為進一步深入研究魚類性別分化過程中的表觀遺傳調(diào)控機制提供理論參考。

1 DNA甲基化在魚類性別決定和分化過程中的調(diào)控機制

在脊椎動物中DNA甲基化是指DNA序列上特定的堿基在DNA甲基轉(zhuǎn)移酶的催化作用下,將S-腺苷-L-甲硫氨酸中的甲基轉(zhuǎn)移到胞嘧啶環(huán)第5位碳原子上,形成5-甲基胞嘧啶[18-20]。DNA甲基化通常與基因沉默有關(guān),正常的甲基化水平是調(diào)控生物體基因表達的重要方式之一,參與較多生理過程,如維持染色體結(jié)構(gòu)、胚胎發(fā)育、細胞分化等,而異常的甲基化水平則會引發(fā)疾病。DNA甲基化主要由DNA甲基轉(zhuǎn)移酶dnmt1、dnmt3a、dnmt3b和dnmt3l催化[21]。其中,DNA復制后,dnmt1是DNA甲基化最主要的酶,負責將半甲基化位點恢復到完全甲基化及維持甲基化,Dnmt3a和dnmt3b主要參與新位點甲基化的形成過程。Dnmt3l主要是負責調(diào)節(jié)其他甲基轉(zhuǎn)移酶的活性,而其本身不具有DNA甲基轉(zhuǎn)移酶活性[22]。復制后的DNA修飾主要發(fā)生在DNA序列中的胞嘧啶上(CPG二核苷酸),這些二核苷酸可以聚集在被稱為CPG島的DNA小片段中,CPG島中存在于許多重要的基因啟動子區(qū)。DNA甲基化過程會影響其基因的結(jié)構(gòu),從而進一步影響RNA轉(zhuǎn)錄,引起基因沉默。DNA的去甲基化會誘導基因重新表達,去甲基化過程也同樣重要,去甲基化包括主動去甲基化和被動去甲基化兩個主要過程:主動去甲基化是DNA去甲基酶參與過程下形成的去甲基化,被動去甲基化是DNA甲基化維持機制受到影響[15]。

魚類性別具有很強的可塑性,很容易受到環(huán)境因素的影響。已有研究表明,環(huán)境可能會影響魚類性腺中的DNA甲基化水平,進而調(diào)控一些性別分化相關(guān)基因的表達,從而影響性別分化的過程,這說明DNA甲基化可能與魚類的性別分化存在密切的關(guān)系[15]。歐洲舌齒鱸具有XX/XY性別決定系統(tǒng),Pavlidis等[13]研究發(fā)現(xiàn),在歐洲舌齒鱸性別分化之前,溫度能影響其性別分化,當水溫較高(20 ℃)時,幼魚性腺大部分發(fā)育為精巢,而水溫較低(13 ℃)時,幼魚性腺大部分發(fā)育為卵巢。雌激素是通過細胞色素P450芳香化酶將雄激素進行轉(zhuǎn)化而產(chǎn)生的,該酶主要由細胞色素P450第19家族-A亞家族-多肽1a(cyp19a1a)編碼[23-24]。在分子性別分化關(guān)鍵期的雌魚性腺中,芳香化酶和內(nèi)源性雌激素特異表達和合成,誘導卵巢分化[25-26]。研究還發(fā)現(xiàn),雌魚體內(nèi)雌激素水平下降能夠誘導雌魚的雄性化,而雄魚體內(nèi)雌激素水平上升能夠誘導其雌性化[27-33]。Navarro-Martín等[34]對歐洲舌齒鱸幼魚研究發(fā)現(xiàn),在性腺形成前溫度對性別分化影響最大,雄性性腺中cyp19a1a啟動子的DNA甲基化水平是雌性性腺中的兩倍,并且較高溫(21 ℃)會誘導雌性幼魚cyp19a1a啟動子甲基化水平升高,誘導的cyp19a1a啟動子高甲基化可能阻止了cyp19a1a的轉(zhuǎn)錄激活,從而減少了芳香化酶表達水平及雌激素的產(chǎn)生,最后誘導未分化的幼魚向雄性分化,說明溫度可能會通過DNA甲基化影響歐洲舌齒鱸性腺中性別分化相關(guān)基因調(diào)控進而調(diào)控其性別分化[35]。

半滑舌鰨具有ZW/ZZ性別決定系統(tǒng),其中Z連鎖doublesex和mab-3相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子1(dmrt1)基因的雄性特異性表達與其精巢分化相關(guān)[36]。Cui等[37]使用TALEN技術(shù)敲降半滑舌鰨幼魚性腺中的dmrt1基因,結(jié)果表明,基因型為雄性的幼魚在1齡時性腺發(fā)育成卵巢,說明dmrt1基因在半滑舌鰨的性別分化過程中起著十分重要的作用。在常溫條件下(22 ℃),約14%的ZW半滑舌鰨遺傳雌性被逆轉(zhuǎn)為表型雄性(偽雄性),在性別發(fā)育關(guān)鍵時期將半滑舌鰨幼魚暴露在更高的溫度(28 ℃)下會使性逆轉(zhuǎn)率增加至73%[38]。Shao等[39]進一步研究發(fā)現(xiàn),半滑舌鰨在約22 ℃進行養(yǎng)殖,性逆轉(zhuǎn)的偽雄魚具有繁殖能力,其后代ZW-F1的逆轉(zhuǎn)率(94%)極高,這表明性逆轉(zhuǎn)的能力是可遺傳的;同時對半滑舌鰨使用全基因組重亞硫酸鹽測序進行性腺中整個基因組的DNA甲基化模式分析,結(jié)果顯示,雄魚和偽雄魚性腺中dmrt1的甲基化水平均較低,而在雌性中為高水平甲基化,表明雄魚和偽雄魚不僅在性腺組織學上結(jié)構(gòu)相同,而且dmrt1基因的DNA甲基化水平也是相同的。

Wen等[40]檢測了牙鲆成魚中cyp19a1a和dmrt1基因的表達部位、表達水平和甲基化模式,結(jié)果表明,dmrt1基因在精巢中的表達量是卵巢中的約70倍,而cyp19a1a基因在卵巢中的表達量是精巢中的約40倍。Dmrt1啟動子CpGs在精巢中未發(fā)生甲基化,但在卵巢中甲基化接近60%;相反,精巢中的cyp19a1a啟動子甲基化接近100%,而卵巢中的cyp19a1a啟動子甲基化則約為75%。Si等[41]發(fā)現(xiàn),在牙鲆卵巢分化過程中,cyp19a1a與其轉(zhuǎn)錄激活因子foxl2甲基化和基因表達水平密切相關(guān),這兩個基因表現(xiàn)出相似的表達模式。這些研究結(jié)果表明,dmrt1、cyp19a1a和foxl2基因的甲基化水平對牙鲆的性別分化具有重要作用。Zhou等[42]研究了低溫誘導紅鰭東方鲀(Takifugurubripes)雄性化過程中性腺DNA甲基化水平的變化規(guī)律,對雄性、雌性和低溫處理產(chǎn)生偽雄性的紅鰭東方鲀性腺進行了全基因組甲基化測序和分析,結(jié)果顯示雄性、雌性和偽雄性性腺基因組中胞嘧啶(C)殘基的甲基化水平分別為11.016%、10.428%和11.083%。經(jīng)BSP克隆測序法驗證,amhr2基因在正常雄性和偽雄性中呈低甲基化水平,在正常雌性中呈高甲基化水平,而cyp19a基因在正常雌性呈低甲基化水平,在雄性和偽雄性中呈高甲基化水平。

在雌雄同體魚也發(fā)現(xiàn)類似現(xiàn)象,黃鱔(Monopterusalbus)從胚胎期到初次性成熟,其性腺都是卵巢,能產(chǎn)生成熟的卵子,但首次產(chǎn)卵后的卵巢逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)殚g性性腺,然后轉(zhuǎn)化成精巢,開始產(chǎn)生精子。研究發(fā)現(xiàn),在其間性性腺中,cyp19a1a啟動子的甲基化水平高于其在卵巢中的水平,且在雌性→間性→雄性性腺轉(zhuǎn)變過程中,性腺中cyp19a1a啟動子的甲基化水平也在不斷升高[43]。用dnmt抑制劑5-氮雜-2-脫氧胞苷(5-aza-dc)處理可以逆轉(zhuǎn)黃鱔的自然性別變化,表明DNA甲基化可能抑制黃鱔性腺中cyp19a1a基因的表達,進而控制黃鱔的性逆轉(zhuǎn)。黑鯛(Acanthopagrusschlegelii)在幼魚期全部發(fā)育為雄性,在2齡后有一半的魚會性逆轉(zhuǎn)為雌性,在發(fā)生性逆轉(zhuǎn)時,精巢中的cyp19a1a啟動子的甲基化水平下降,cyp19a1a基因的表達水平上升[44]。對黑鯛幼魚使用外源雌激素(E2)處理2齡下的雄性幼魚,會誘導雄性幼魚提前進行性逆轉(zhuǎn),停止使用E2后雌性幼魚又變回雄性,但是處理過程中性腺cyp19a1a啟動子的甲基化水平?jīng)]有下降,cyp19a1a基因的表達水平和內(nèi)源性雌激素水平也沒有上升[44]。將2齡黑鯛精巢切除后1個月,發(fā)現(xiàn)性腺中cyp19a1a啟動子的甲基化水平明顯降低,而且其性別也發(fā)生了改變,說明某些來源于精巢的因素可能影響cyp19a1a啟動子的甲基化水平。這些結(jié)果表明,cyp19a1a基因表達的表觀遺傳調(diào)控也可能在雌雄同體魚的自然性別變化及性逆轉(zhuǎn)中起著重要作用[45]。因此可以發(fā)現(xiàn),DNA甲基化既參與雌雄異體魚的性別分化和性別逆轉(zhuǎn),也參與雌雄同體魚的性別分化和性別逆轉(zhuǎn),DNA甲基化作為一種相對穩(wěn)定的表觀遺傳修飾,可能動態(tài)地調(diào)節(jié)基因表達,進而調(diào)控魚類性別分化。

2 非編碼RNA在魚類性別決定和分化過程中的調(diào)控機制

非編碼RNA(ncRNA),包括miRNA、siRNA、piRNA、tRNA、rRNA、lncRNA、circRNA等,是一類被轉(zhuǎn)錄但未被翻譯成蛋白質(zhì)的RNA分子,與一些最復雜的表觀遺傳學現(xiàn)象有關(guān)。

2.1 小分子RNA

非編碼RNA中研究最廣泛的是小分子RNA(miRNA),它是一類由內(nèi)源基因編碼的長度18～24個堿基的非編碼單鏈RNA分子,廣泛存在于真核生物當中,并且在物種間高度保守[46]。成熟的miRNA通過結(jié)合到mRNA上3′非翻譯區(qū)(3′ UTR)或者蛋白質(zhì)編碼區(qū)(CDS)的靶位點序列從而抑制其表達,影響生命過程中一系列的重要進程[47]。

自1993年Lee等[48-49]第一次從線蟲中發(fā)現(xiàn)miRNA以來,已經(jīng)在超過250個其他物種中發(fā)現(xiàn)了miRNA的存在,迄今為止,在人類中已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了超過2500個miRNA。miRNA已被證明在脊椎動物的性別分化、配子發(fā)生和有性繁殖中發(fā)揮重要作用。在小鼠性別決定的關(guān)鍵時刻,已經(jīng)發(fā)現(xiàn)miR-124能夠阻止sox9在卵巢細胞中的表達,這是第一個證據(jù)表明miRNA參與了性別決定和性腺發(fā)育的過程[50]。在雞中,雄性高表達的miR-107通過直接靶向cyp19a1a基因的表達來介導雌激素信號的轉(zhuǎn)錄后調(diào)節(jié)[51]。Peng等[52]通過對橘小實蠅胚胎性別決定關(guān)鍵時期進行小RNA測序及生物信息學分析篩選,獲得了靶向橘小實蠅tra(Bdtra)基因的miRNA-1-3p,通過雙熒光素酶試驗證明,miR-1-3p能直接作用于Bdtra,抑制其表達。隨后通過胚胎注射miR-1-3p類似物和抑制劑、RNAi、CRISPR/Cas9基因編輯系統(tǒng)等方法進一步證實,miR-1-3p通過轉(zhuǎn)錄后抑制Bdtra基因的表達,促進啟動下游Bddsx基因的雄性選擇性剪切,促進雄性性別分化,在橘小實蠅的雌雄分化中發(fā)揮了關(guān)鍵作用。該研究首次揭示了miR-1-3p參與調(diào)控橘小實蠅性別決定的機制。這些結(jié)果為性別決定機制研究提供重要依據(jù)和新見解,對闡述生物性別分化具有重要的科學意義。

Let-7是首個在硬骨魚中發(fā)現(xiàn)的miRNA,其在多種動物中均有表達,具有高度的保守性[53],李文笙等[54]已綜述過近年來一些魚類雌雄性腺中差異表達的miRNA,但是對于硬骨魚類來說,幼魚的性腺較小,分離較困難,目前的研究也主要集中在成魚階段(即分化后的卵巢和精巢,表1)。Bizuayehu等[55]在大西洋庸鰈(Hippoglossushorglossus)的精巢和卵巢中篩選并鑒定了大量性別差異表達的miRNA,他們發(fā)現(xiàn)let-7a、miR143、miR-145和miR-202-3p在成魚精巢中的表達高于卵巢,miR-202-5p在雄性幼魚性腺中的表達顯著高于雌性幼魚。Lau等[56]對青鳉(Oryziaslaitpes)的研究發(fā)現(xiàn),miR-202-5p、miR-21、miR-26b在卵巢和精巢中豐度較高,miR-27a、miR-1692、miR143、miR-216b在卵巢中高表達,miR-2184和miR-2476在精巢中高表達。Xiao等[57]對發(fā)育過程中(受精后30 d)的尼羅羅非魚卵巢和精巢進行了測序,發(fā)現(xiàn)miR-29、miR-129-3p和miR-727-3p在卵巢中顯著高表達,而miR-143、miR-33a和miR-135b在精巢中高表達,其中miR-143的高表達和哺乳動物類似,都與精巢的成熟有關(guān)。Wang等[58]報道,miR-101a和miR-155-p在黃河鯉的卵巢中高表達,而miR-203和miR-203b-3p在卵巢發(fā)育階段表達逐漸降低,表明miR-101a和miR-155-p可能在雌性性腺生長和發(fā)育中起著重要作用,而miR-203和miR-203b-3p在卵巢發(fā)育早期起作用。

Tao等[59]在尼羅羅非魚性別分化關(guān)鍵期(孵化后5 d)性腺中鑒定出635個成熟miRNAs,其中,XX和XY性腺中顯著高表達的miRNAs分別為62和49個,對這些性別差異表達的miRNAs(如miR-9、miR-21、miR-30a、miR-96、miR-200b、miR-212和miR-7977)進行靶基因預測,結(jié)果顯示,其靶基因包括編碼類固醇合成途徑關(guān)鍵酶的基因(cyp11a1、hsd3b、cyp19a1a、Hsd11b)和參與脊椎動物性別分化的關(guān)鍵分子(foxl2、amh、star1、sf1、dmrt1),其中cyp19a1a、foxl2和dmrt1已被證實參與尼羅羅非魚的雌性或雄性性別分化,說明miRNA可能通過靶向這些性別分化相關(guān)基因進而調(diào)控魚類性別。筆者還發(fā)現(xiàn)一些miRNA(例如miR-96和miR-737)同時調(diào)節(jié)多個參與類固醇合成的基因,表明在尼羅羅非魚的性別分化早期可能存在一個復雜的miRNA調(diào)控網(wǎng)絡。Wang等[60-61]以受精后67 d的尼羅羅非魚為研究對象進行miRNA鑒定,發(fā)現(xiàn)miR-17-5p和miR-20a在卵巢中的表達量顯著高于精巢,對它們的靶基因進行預測后發(fā)現(xiàn),其靶基因為dmrt1,qPCR驗證結(jié)果顯示,dmrt1基因精巢中的表達量顯著低于卵巢,因此,其認為miR-17-5p和miR-20a可能通過抑制dmrt1基因的表達和促進cyp19a1a基因的表達從而在雌激素生成中發(fā)揮作用,其還發(fā)現(xiàn)miR-138、miR-200a和miR-338可能負調(diào)控cyp17a2基因的表達,而該基因在細胞增殖和精子發(fā)生中起到重要作用。綜上所述,在尼羅羅非魚性腺不同發(fā)育階段高表達的miRNA具有差異性,而這些差異表達的miRNA靶向性別分化相關(guān)基因,表明在魚類性別分化關(guān)鍵期miRNA確實發(fā)揮重要作用。Yu等[62]預測了點帶石斑魚(Epinepheluscoioides)中miR-26a-5p的靶基因,并通過體內(nèi)外研究驗證其靶向cyp19a1a并抑制其表達,他們同時對點帶石斑魚使用雌激素E2處理,結(jié)果顯示,處理后雄魚會發(fā)生向雌性逆轉(zhuǎn),進行qPCR檢測發(fā)現(xiàn)雌激素E2處理抑制了miR-26a-5p的表達,進而促進cyp19a1a基因的表達,說明miR-26a-5p參與了點帶石斑魚的性別逆轉(zhuǎn)。Yan等[63]發(fā)現(xiàn)在紅鰭東方鲀性腺未分化幼魚中鑒定出8個差異表達的miRNA,其中miRNA-novel_167靶向dmrt1基因,fru-miR-15b靶向foxl2基因。近年來關(guān)于miRNA在硬骨魚類性腺發(fā)育中的研究還集中在篩選和鑒定性腺發(fā)育相關(guān)的miRNA,雖然某些性別分化相關(guān)靶基因已被確定,但對其功能研究相對較少,應更多地進行魚類性腺中miRNA的功能研究,以便更早了解并闡明miRNA在魚類性別分化過程中的調(diào)控機制。

2.2 長鏈非編碼RNA

長鏈非編碼RNA(lncRNAs)長度為200～10 000 nt,是一類由RNA聚合酶Ⅱ轉(zhuǎn)錄生成的副產(chǎn)物,最開始lncRNA被認為不具有生物學功能,只是基因轉(zhuǎn)錄時生成的無作用的產(chǎn)物,直到Brown等[76]研究發(fā)現(xiàn),lncRNA Xist參與哺乳動物X染色體失活的調(diào)控,開啟了人們對lncRNA的研究歷程。隨著高通量測序技術(shù)的快速發(fā)展和廣泛應用,人們對分子生物學的研究也越來越深入,大量的lncRNA被發(fā)現(xiàn)和挖掘[77-78]。在哺乳動物中,lncRNA已經(jīng)被證明在性別分化中起著重要作用[79-81],Zhang等[82]對孵化后30 d的中華鱉(Pelodiscussinensis)進行全轉(zhuǎn)錄分析,篩選出大量與性別相關(guān)的lncRNA。其中,從卵巢中獲得932個高表達的lncRNA,從精巢中獲得449個高表達的lncRNA,多數(shù)參與了性腺分化過程。

在魚類中l(wèi)ncRNA的研究停留在篩選及鑒定上,如:彭錕等[83]通過轉(zhuǎn)錄組測序獲得了尼羅羅非魚雌、雄性腺中呈現(xiàn)差異表達的lncRNA,并發(fā)現(xiàn)lncRNA TCONS_02477925在羅非魚卵母細胞發(fā)育和性別分化中可能有重要作用;Yan等[63]對紅鰭東方鲀幼魚性別分化關(guān)鍵時期的性腺lncRNA進行qPCR驗證,發(fā)現(xiàn)與雌性性腺相比,雄性性腺中79個lncRNA上調(diào),51個下調(diào);Cai[84]使用米非司酮(RU486)誘導XX尼羅羅非魚的性逆轉(zhuǎn),并利用RNA-Seq技術(shù)對性別偏向的性腺lncRNA表達譜進行了比較研究,發(fā)現(xiàn)了大量與性別分化相關(guān)的lncRNA,qPCR和原位雜交試驗表明,在RU486處理過程中表現(xiàn)出較大差異的lncRNA在早期性別分化過程中表現(xiàn)出明顯性別二態(tài)性。這些發(fā)現(xiàn)為深入研究lncRNA在性別分化中的作用提供了理論基礎(chǔ),lncRNA的表達變化可能是通過表觀遺傳修飾導致性逆轉(zhuǎn)的部分原因[80]。而lncRNA是如何發(fā)揮作用和調(diào)控基因表達的,還需進一步研究。

2.3 環(huán)狀RNA

環(huán)狀RNA(circRNA)是一種新型的非編碼RNA分子,與傳統(tǒng)的線性RNA(含5′和3′末端)不同,circRNA分子呈封閉環(huán)狀結(jié)構(gòu),長度為幾百至幾千個核苷酸,不受RNA外切酶影響,表達更穩(wěn)定,不易降解。circRNA由特殊的前體mRNA可變剪接產(chǎn)生,剪接形式具有多樣性,其形成方式可歸結(jié)為兩大類:外顯子環(huán)化和內(nèi)含子環(huán)化。circRNA有miRNA海綿的作用,其具有miRNA作用位點,可以競爭性地與miRNA結(jié)合,從而間接調(diào)控miRNA靶基因的表達。Shen等[85]已在斑馬魚中檢測出了3000余種circRNA,但是circRNA是否參與到魚類性別決定和分化當中還有待于進一步研究。

綜上所述,非編碼RNA確實影響魚類的性別分化,這些結(jié)果為進一步研究非編碼RNA對魚類性別分化影響提供參考。但是目前對非編碼RNA的研究不深,大多停留在篩選及鑒定層面,對于非編碼RNA的功能研究還有待進一步開展。

3 組蛋白修飾

在真核生物中,核小體是組成染色質(zhì)的重要成分,由DNA包裹的組蛋白八聚體[兩分子的二聚體(H2A-H2B二聚體)和兩分子的H3、H4]組成[86]。常見的組蛋白修飾類型有組蛋白甲基化/去甲基化、泛素化/去泛素化、乙?；?去乙?；土姿峄＿@些修飾是由一系列酶完成的,包括組蛋白甲基轉(zhuǎn)移酶(HMT)、乙酰轉(zhuǎn)移酶(HAT)、磷酸激酶和泛素化酶。這些翻譯后修飾在調(diào)節(jié)基因表達、染色質(zhì)動態(tài)、DNA修復和基因組穩(wěn)定性方面發(fā)揮著重要作用[87]。

雖然組蛋白修飾在哺乳動物、爬行動物等相關(guān)研究較多,但目前尚不清楚其是否參與了魚類性別決定和分化過程及其機制,僅在近幾年中少數(shù)魚類中有報道。高溫處理歐洲舌齒鱸幼魚后,在幼魚雌性性腺中上調(diào)了幾種表觀遺傳調(diào)控因子,其中包括:1種作為轉(zhuǎn)錄抑制物的DNA結(jié)合蛋白jarid2a和1種環(huán)指基序pcgf2,它形成蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互作用以維持轉(zhuǎn)錄抑制;也包括1種與組蛋白修飾相關(guān)的酶hdac11[88]。Lai等[89]采用液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法分析了黃鱔性逆轉(zhuǎn)過程中的組蛋白修飾,結(jié)果顯示,K120處的H2B單泛素化是在精巢當中富集的組蛋白修飾位點,它與精子發(fā)生相關(guān),并且在雄性性別決定基因dmrt1修飾中存在大量的修飾位點,特別是在其外顯子區(qū)域,表明這種修飾可能在精巢dmrt1的轉(zhuǎn)錄調(diào)控密切相關(guān)。綜上所述,這些數(shù)據(jù)為魚類性別分化的表觀遺傳學研究提供了新的資源。

4 展望與挑戰(zhàn)

魚類性別決定和分化是一個極其復雜的生物學過程,魚類的性別具有較高的可塑性,除了受到遺傳因素影響,還會受到溫度、光照、pH等環(huán)境因素影響。外界環(huán)境因素會誘導表觀遺傳修飾的改變進而調(diào)控性別分化的過程。因此研究硬骨魚性別決定和分化過程中的表觀遺傳機制是非常重要的,不僅能夠深入解析魚類性別分化過程對環(huán)境的應答過程,更能使我們?nèi)媪私怍~類性別決定與分化的分子調(diào)控網(wǎng)絡。然而,相關(guān)的研究僅在一些主要的經(jīng)濟魚類和模式動物中開展,未來還需要在其他更多魚類中開展相關(guān)研究。同時,相關(guān)研究還有待深入,如:表觀遺傳信息在世代之間傳遞的規(guī)律如何?已經(jīng)篩選的性別差異表達的非編碼RNA具體功能如何?尚需借助各種分子生物學技術(shù)進行深入研究。最重要的是,如何對經(jīng)典遺傳學和新興的表觀遺傳學理論知識進行整合分析,全面揭示魚類性別形成的分子調(diào)控網(wǎng)絡,并基于此實現(xiàn)魚類的性別調(diào)控育種,是今后水產(chǎn)科技工作者面臨的巨大挑戰(zhàn)。