非致命性的、基于表观遗传学的年龄估算方法在淡水游钓鱼类——佛罗里达鲈鱼（Micropterus salmoides）中的应用

《Ecology and Evolution》：Nonlethal, Epigenetic Age Estimation in a Freshwater Sportfish, Florida Bass (Micropterus salmoides)

佛罗里达鲈鱼的非致命表观遗传年龄估算方法研究，通过筛选环境影响的CpG位点，利用弹性网络回归构建模型，MAE为0.28年，R2达0.98，为渔业管理提供了高效准确的方法。

　　黑鲈（*Micropterus* spp.）是北美最受欢迎的淡水运动鱼类之一，具有极高的娱乐、社会和经济价值。因此，黑鲈渔业的保护和管理依赖于获取年龄数据，以估算种群动态。传统的年龄数据获取方法通常是通过观察耳石切片中的不透明区域进行计数，但这种方法需要牺牲鱼类，属于一种具有破坏性的操作。开发一种准确且非致命的年龄估算方法，将有助于在无法或不愿牺牲鱼类的情况下收集与年龄相关的数据，例如在比赛和大型个体（如 trophy-sized 鱼）的场景中。本研究通过从鳍片中提取 DNA 并使用酶促转化的限制性位点关联 DNA 测序（EC-RADseq）技术，开发出了一种适用于佛罗里达黑鲈（*Micropterus salmoides*）的表观遗传钟（epigenetic clock），这一方法能够提供非致命的年龄估算，并且在准确性和精确性方面表现出色。

传统的年龄估算方法通常依赖于物理结构，如耳石、鳍条和鳍刺，这些方法虽然在某些情况下可行，但其精度和准确性通常不如耳石方法。然而，耳石方法需要较高的成本和时间投入，且由于其具有破坏性，无法应用于某些特殊场景。相比之下，表观遗传年龄估算方法利用 DNA 甲基化模式，提供了一种非破坏性、成本较低且快速的替代方案。DNA 甲基化是指在 CpG 二核苷酸（即胞嘧啶后跟鸟嘌呤）上添加甲基基团（CH?），这种变化与生物的生理年龄密切相关，从而可以构建出预测年龄的模型，即表观遗传钟。这些钟在多个鱼类物种中已被开发和应用，如 zebrafish（*Danio rerio*），但目前尚未广泛应用于淡水生态系统。淡水环境与海洋环境相比，其变化更为频繁，且空间和时间尺度更小，这使得环境因素对表观遗传信号的影响更为复杂。

本研究的目的是开发一种适用于佛罗里达黑鲈的表观遗传钟，以便在不牺牲个体的情况下估算其年龄。研究的目标包括：（1）识别佛罗里达黑鲈基因组中与年龄相关的 DNA 甲基化位点；（2）排除可能受到环境因素影响的年龄预测位点；（3）构建一个将选定 CpG 位点的甲基化水平与耳石年龄相关的预测模型。为了实现这些目标，研究团队收集了来自佛罗里达六个不同水域的佛罗里达黑鲈样本（包括 Porter Lake、Kingsley Lake、Rodman Reservoir、Lake Harris、Lake Tarpon 和 Lake Okeechobee），并对这些样本进行了详细的处理和分析。

在样本处理过程中，研究人员使用了多种方法来确保数据的质量和准确性。首先，通过耳石切片中的不透明区域进行计数，获取了个体的整数年龄，随后筛选出一组在年龄估算上达成一致的样本，用于构建表观遗传钟。接着，研究人员利用 EC-RADseq 技术对鳍片提取的 DNA 进行测序，通过酶促反应将未甲基化的胞嘧啶转化为尿嘧啶，并在 PCR 过程中将其替换为胸腺嘧啶，从而实现对甲基化状态的区分。这一过程使得研究人员能够识别出与年龄相关的 CpG 位点，并排除那些可能受到环境因素影响的位点。

为了进一步优化表观遗传钟的性能，研究人员使用了主成分分析（PCA）来识别可能因环境因素而产生的年龄预测信号，并通过置换分析（PERMANOVA）评估不同水域之间的显著差异。在排除了这些环境信号后，构建了一个包含 123 个 CpG 位点的最终预测模型。该模型在训练集和测试集中均表现出较高的准确性，其决定系数（R2）分别为 0.99 和 0.98，平均绝对误差（MAE）分别为 0.13 年和 0.28 年。此外，相对误差在测试集中随着年龄的增加而降低，表明模型在不同年龄层上均具有良好的表现。

本研究的结果表明，表观遗传钟不仅能够提供准确且非致命的年龄估算，而且在多个鱼类物种中具有应用潜力。特别是在保护和管理需要关注大型个体的背景下，这种技术可以有效避免因传统方法的破坏性而带来的数据偏差。此外，表观遗传钟的开发和应用为理解环境因素如何影响年龄估算提供了新的视角。例如，虽然在某些研究中，环境因素（如水温、水质、食物供应）可能不会显著影响表观遗传钟的性能，但在其他情况下，这些因素可能会影响甲基化模式，从而影响年龄预测的准确性。

本研究还发现，表观遗传钟在不同年龄层上的表现有所不同。例如，在较年轻的个体中，甲基化变化更为迅速和动态，这可能导致模型的误差相对较高。这种现象在人类表观遗传衰老研究中已被描述，但尚未在鱼类研究中得到充分验证。因此，未来的研究可以进一步探讨不同鱼类物种中 CpG 位点的保守性，以及这些位点如何在不同环境条件下影响年龄预测的准确性。

总的来说，本研究为黑鲈鱼类的年龄估算提供了一种新的方法，这一方法不仅能够减少传统方法的破坏性，还能够提高数据的准确性和精确性。表观遗传钟的开发和应用对于渔业管理、种群评估和保护具有重要意义。未来的研究可以进一步探索不同鱼类物种中表观遗传钟的适用性，以及环境因素如何影响这些钟的性能。此外，还可以开发多物种表观遗传钟，以提高年龄估算的通用性和准确性。