锦鲤(Cyprinus carpio var. koi)皮肤颜色分化的全基因组甲基化与转录组分析：揭示色素沉着的新分子机制

为解析锦鲤体色分化的表观遗传调控机制，研究人员通过全基因组甲基化测序(WGBS)和转录组分析，对比红白斑纹(Rw)、全红(Rs)和全白(Ws)三种表型，发现差异甲基化区域(DMRs)和差异表达基因(DEGs)显著富集于视黄醇代谢、黑色素生成等通路，证实DNA甲基化通过调控mitf、gch2等关键基因影响体色分化。该研究为鱼类色素沉着的表观遗传调控提供了新见解。

　　

锦鲤以其绚丽的色彩和复杂斑纹成为观赏鱼市场的宠儿，其体色分化机制一直是发育生物学的研究热点。然而，传统研究多聚焦于遗传因素，对表观遗传尤其是DNA甲基化(m⁵C)在色素调控中的作用知之甚少。事实上，鱼类体色由黑色素细胞、黄色素细胞等多类色素细胞协同决定，且受背腹轴模式与条纹机制双重调控。近年研究发现，如爱德华氏鱼(EdnRB基因甲基化)可通过表观修饰实现蓝黄体色转换，提示甲基化可能是体色可塑性的关键开关。但锦鲤这类复杂斑纹物种中，甲基化如何参与区域特异性色素沉积仍属空白。

针对这一科学问题，中国水产科学研究院淡水渔业研究中心的研究团队选取同一亲本繁殖的F₁代锦鲤（红白斑纹Rw、全红Rs、全白Ws三组），采用全基因组甲基化测序(WGBS)与RNA-seq技术，首次系统解析了甲基化与转录组在体色分化中的动态关联。研究发现，Rs组中mitf（小眼畸形相关转录因子）、gch₂（三磷酸鸟苷环化水解酶2）等色素相关基因呈现高甲基化状态，且与基因表达呈显著负相关；活体实验进一步证实，甲基化抑制剂处理能特异性激活背侧皮肤（而非腹侧）的视黄醇和蝶啶代谢通路基因（如pnp₄a、bco₂）。该成果发表于《Aquaculture》，为鱼类体色的人工调控提供了新靶点。

关键技术方法
研究采用3组不同体色表型的锦鲤皮肤组织，通过WGBS检测全基因组甲基化水平（平均测序深度17.03×，覆盖489.27 Gb数据），同步进行转录组测序。通过生物信息学分析筛选DMRs和DEGs，并利用原位杂交验证类胡萝卜素代谢基因(bco₁/bco₂)的空间表达模式。活体实验采用甲基转移酶抑制剂处理，观察色素基因表达变化。

研究结果

DMRs鉴定与分布特征
WGBS显示三组样本CpG位点甲基化率最高（72.1-74.3%），Rs组启动子区高甲基化现象显著。共鉴定到26,759个DMRs，其中Rs-Rw比较中富集到视黄醇代谢通路（如cyp26b1基因）。

甲基化与转录组关联分析
Rs组中mitf启动子区高甲基化导致其表达抑制，而gch₂（参与蝶啶合成）的甲基化修饰呈现组织特异性。差异基因KEGG分析显示，黑色素生成和酪氨酸代谢通路在Rw组最活跃。

体内验证实验
甲基化抑制剂处理显著上调背侧皮肤pnp₄a（嘌呤核苷磷酸化酶）表达达4.2倍，但腹侧无变化，证实甲基化参与体色区域分化的调控。

结论与意义
该研究首次揭示锦鲤体色分化中存在"甲基化-基因表达-色素通路"的级联调控网络：1）特定基因（如mitf）的甲基化状态直接决定色素细胞分化方向；2）视黄醇和蝶啶代谢通路的表观遗传调控具有解剖位置特异性；3）背腹体色差异可能源于甲基化修饰的空间异质性。这不仅深化了对鱼类色素沉着的表观遗传认知，也为观赏鱼育种提供了分子标记（如bco₁甲基化水平可作为红色表型筛选指标）。未来研究可进一步探索环境因素（如光照、水温）如何通过甲基化修饰影响体色可塑性。