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为探究 DNA 甲基化对凡纳滨对虾（Litopenaeus vannamei）生长性状的调控机制，研究人员利用全基因组亚硫酸氢盐测序（WGBS）和转录组测序（RNA-seq），分析快慢生长组肌肉的甲基化组与转录组差异。发现 DNA 甲基化水平与生长呈负相关，相关基因富集于代谢通路。为虾类遗传育种提供新视角。
凡纳滨对虾（Litopenaeus vannamei）作为全球最重要的水产养殖物种之一，其生长速度直接影响养殖效益。然而，关于其生长性状的表观遗传调控机制，尤其是 DNA 甲基化的作用，长期以来并不清楚。现有研究大多聚焦于基因序列变异（如 SNPs）对生长的影响，但表观修饰如何动态调控基因表达、进而影响生长速率的研究仍处于早期阶段。解开 DNA 甲基化与生长性状的关联，不仅能揭示甲壳动物生长调控的新机制，还可为分子标记辅助育种提供关键靶点，这对优化养殖周期、提升产业效益具有迫切的现实需求。
为此，中国科学院南海海洋研究所的研究团队开展了深入研究。他们以同一全同胞家系中生长性能差异显著的凡纳滨对虾个体为研究对象，通过全基因组亚硫酸氢盐测序（WGBS）和转录组测序（RNA-seq）技术，系统分析了快慢生长组（FG/SG）肌肉组织的 DNA 甲基化组和转录组动态变化，旨在阐明 DNA 甲基化调控生长性状的分子机制。该研究成果发表在《BMC Genomics》上，为甲壳动物表观遗传研究提供了重要参考。
研究主要采用了以下关键技术方法：
- 样本采集与分组：从同一养殖群体中筛选出 30 只体重差异显著的个体，分为快生长（FG）和慢生长（SG）组，每组各 15 只，随后选取 6 只个体的肌肉组织进行 DNA 和 RNA 提取，部分样本进行混池测序分析。
- 全基因组亚硫酸氢盐测序（WGBS）：检测全基因组 DNA 甲基化水平，分析差异甲基化区域（DMRs）和差异甲基化基因（DMGs）。
- 转录组测序（RNA-seq）：识别差异表达基因（DEGs），并进行 GO 和 KEGG 功能富集分析。
- 整合分析：联合 WGBS 和 RNA-seq 数据，筛选同时存在甲基化和表达差异的基因（DEGs/DMGs），解析其功能关联。
研究结果
1. 生长性能与 DNA 甲基化水平的差异
- 表型分析：FG 组与 SG 组个体体重差异显著（p<0.05），SG 组平均体重仅为 FG 组的 54.6%。
- 甲基化水平：SG 组肌肉基因组 DNA 甲基化水平（5-mC）显著高于 FG 组（2.42% vs. 2.00%，p<0.05），表明 DNA 甲基化可能与生长速率呈负相关。
2. 甲基化相关基因的鉴定与表达分析
- 基因筛选：从基因组中鉴定出 21 个甲基化相关基因，包括 DNA 甲基转移酶（DNMT1、DNMT3a）等，其蛋白结构域在甲壳动物中具有进化保守性。
- 表达差异：qRT-PCR 显示，SG 组中 DNMT1 和 DNMT3a 的 mRNA 表达水平显著高于 FG 组（p<0.05 至p<0.001），提示甲基转移酶活性可能驱动 SG 组的高甲基化状态。
3. 转录组与甲基化组的动态变化
- 转录组分析：共检测到 726 个 DEGs，其中 SG 组上调基因富集于 “结构分子活性”“表皮结构成分” 等 GO 条目，KEGG 通路分析显示其与淀粉和蔗糖代谢、MAPK 信号通路相关；下调基因则与 ATP 结合、细胞周期等功能相关。
- 甲基化组分析：WGBS 揭示 SG 组在 CG、CHG、CHH 三种序列环境中，CG 甲基化水平最高（97.49%），且 FG 组与 SG 组共鉴定出 20,432 个 CG-DMRs。GO 和 KEGG 富集显示，DMGs 主要参与代谢通路、氨基酸糖代谢等过程。
4. 多组学整合分析
- 关键基因筛选：通过整合分析，鉴定出 47 个同时存在甲基化和表达差异的基因（DEGs/DMGs），其中启动子甲基化与基因表达呈负相关，而基因体甲基化与表达呈正相关。
- 功能富集：这些基因显著富集于代谢通路，如淀粉和蔗糖代谢、抗坏血酸和醛糖代谢、亚油酸代谢等。例如，SG 组中 UP1（尿苷磷酸化酶 1）、PGM2（磷酸葡萄糖变位酶 2）等基因高表达，提示其代谢活动可能更多用于应对应激而非生长。
研究结论与讨论
本研究首次系统揭示了 DNA 甲基化在凡纳滨对虾生长调控中的关键作用，发现其通过影响代谢通路基因的表达模式，导致快慢生长组的能量分配差异。具体而言，SG 组较高的 DNA 甲基化水平可能通过上调应激相关代谢基因（如 PGM2、Cyp6a13），将能量转向应对内外部压力，而非用于生长；而 FG 组通过低甲基化激活碳水化合物代谢基因（如 UGDH），促进能量高效利用以支持快速生长。
研究结果不仅为甲壳动物生长的表观遗传调控提供了新机制，还筛选出 DNMT1、DNMT3a 等潜在育种标记，为开发基于 DNA 甲基化的分子选育技术奠定了基础。此外，研究发现的代谢通路（如淀粉和蔗糖代谢）可能成为饲料添加剂设计的靶点，通过调控相关代谢活动优化虾类生长性能。
该研究填补了凡纳滨对虾表观遗传研究的空白，其多组学整合策略为解析水产动物复杂性状提供了方法论参考，对推动虾类遗传育种和精准养殖具有重要科学意义和应用价值。
