温度诱导尖吻鲈(Lates calcarifer)早期性别转换的表观遗传机制解析及其在水产养殖中的应用

本研究针对尖吻鲈(Lates calcarifer)性别可塑性机制不明的问题，通过34°C高温处理1龄鱼12个月，结合RNA-seq和全基因组甲基化测序(WGBS)，发现高温通过上调cyp19a1a等卵巢相关基因表达和全局DNA低甲基化促进雄性向雌性转换，揭示了钙离子/氧化还原(CaRe)信号通路在环境性别决定中的保守作用，为水产养殖性别控制提供了表观遗传学新策略。

　　

在气候变化和水产养殖产业发展的双重背景下，鱼类性别可塑性机制研究成为热点。尖吻鲈(Lates calcarifer)作为重要的经济鱼种，其独特的雄性先熟(protandrous)性别转换特性既带来养殖挑战，又为研究脊椎动物性别决定提供了理想模型。传统观点认为高温会导致鱼类雄性化，但该物种却表现出反常的高温诱导雌性化现象，其分子机制长期未明。

James Cook大学的研究团队通过为期1年的温度控制实验，首次系统揭示了高温促进尖吻鲈早期性别转换的表观遗传机制。研究采用四种温度处理(24°C、28°C、34°C和24-34°C波动)，结合组织学、转录组(RNA-seq)和全基因组甲基化测序(WGBS)技术，发现34°C高温使80%个体进入性别转换期(T1-T2阶段)，并产生完全成熟的雌性个体(F2阶段)。这些表型变化伴随着卵巢相关基因cyp19a1a、esr1和foxl2的上调，以及睾丸相关基因dmrt1和amh的下调。

关键技术包括：1) 使用亚洲尖吻鲈染色体水平参考基因组进行RNA-seq比对；2) 通过Bismark软件进行WGBS数据分析；3) 采用甲基化差异25%和q值<0.05的严格标准筛选DMCs；4) 对8923尾野生样本进行逻辑回归分析确定自然种群性别转换阈值。

研究结果揭示：

1. 温度对表型的影响：高温组(34°C)个体显著偏向过渡期和雌性状态，体长(60cm)和年龄(2岁)均远低于野生种群性别转换阈值(88cm/8岁)。
2. 全局甲基化模式：雌性个体呈现全基因组低甲基化特征，ASB_LG5等5条染色体甲基化水平普遍较低。
3. 功能分析：差异基因富集于钙离子结合(GO:0005509)和氧化还原酶活性(GO:0016491)等通路，支持CaRe假说。
4. 性别基因调控：发现cyp19a1a存在性别特异性剪接变体，雌性缺失dmrt1的DNA结合域(DM domain)外显子。
5. 上游机制：鉴定到adgra2( Wnt信号调节)和unc79(钙通道敏感元件)等环境传感基因的差异甲基化。

讨论部分指出，该研究颠覆了"高温致雄"的传统认知，提出三点创新：1) 首次在连续雌雄同体鱼类中证实性腺分化后仍保持温度敏感性；2) 发现温度通过非激素途径(非HPG轴)直接调控表观遗传重编程；3) 揭示CaRe通路在跨物种环境性别决定中的保守性。在应用层面，34°C处理可实现20%雌性率和60%过渡态，配合家系选育有望建立无激素的性别控制技术。

这项发表于《Aquaculture》的研究为理解环境-表观遗传-性别决定的级联反应提供了新范式，不仅对优化尖吻鲈养殖策略具有实践价值，也为应对气候变化导致的野生种群性别比例失衡提供了理论依据。后续研究可聚焦温度敏感家系选育和钙通道抑制剂的功能验证，进一步推动该技术向产业化应用转化。