《Comparative Biochemistry and Physiology Part D: Genomics and Proteomics》：Integrative analysis of transcriptome and DNA methylome dynamics during caudal fin regeneration in silver pomfret (Pampus argenteus)
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摘要硬骨鱼类的尾鳍再生是一个复杂的多阶段过程，涉及多种分子和细胞层面的变化。虽然表观遗传调控，尤其是DNA甲基化在斑马鱼等模式淡水物种中的作用已被研究，但其在海洋硬骨鱼类再生过程中的作用仍需进一步探索。在本研究中，我们整合了转录组学和DNA甲基组学数据，以分析银鲀（Pampus
摘要
硬骨鱼类的尾鳍再生是一个复杂的多阶段过程，涉及多种分子和细胞层面的变化。虽然表观遗传调控，尤其是DNA甲基化在斑马鱼等模式淡水物种中的作用已被研究，但其在海洋硬骨鱼类再生过程中的作用仍需进一步探索。在本研究中，我们整合了转录组学和DNA甲基组学数据，以分析银鲀（Pampus argenteus）尾鳍再生过程中基因表达和甲基化的时间动态变化。我们在截肢后1天、3天和7天这三个关键时间点进行RNA测序和简化表示亚硫酸氢盐测序，从而揭示了尾鳍再生的时空分子特征。这些时间点分别对应伤口愈合与炎症反应阶段（1天）、芽基形成与祖细胞增殖阶段（3天），以及组织重塑的再生生长阶段（7天），有助于准确识别驱动表观再生过程的关键分子机制。同时，CG甲基组分析发现了数千个动态变化的差异甲基化区域。我们观察到启动子甲基化与基因表达之间存在明显的负相关关系。综合分析确定了若干关键再生基因（fgf20a、msxb、sox9b），这些基因的表达与其启动子或基因体内的动态甲基化变化密切相关。综上所述，DNA甲基化是一种动态且重要的调控机制，它与转录重编程共同作用，协调组织再生过程，为理解硬骨鱼类复杂再生过程中的表观遗传机制提供了新的见解。
引言
硬骨鱼类具有惊人的能力，能够再生复杂的组织，而尾鳍则是研究这一过程的理想模型。在尾鳍被截断后，再生过程会经历一系列高度有序的阶段：伤口愈合、芽基形成（由大量增殖的祖细胞构成），以及再生生长（Poss等人，2003）。这一过程的分子基础涉及发育信号通路的重新激活，包括Wnt、成纤维细胞生长因子（Fgf）和骨形态发生蛋白（Bmp）通路。这些通路在胚胎发育过程中对组织模式形成、细胞增殖和分化起着关键作用，在再生过程中也会被重新利用（Stoick-Cooper等人，2007；Becker和Rinkevich，2017）。例如，Fgf信号传导，尤其是通过fgf20a等配体，对芽基的形成和维持至关重要，而Bmp信号则负责调控背腹方向的组织结构形成和骨骼生成（Whitehead等人，2005；Lee等人，2009）。尽管已有转录组学研究在斑马鱼等模式物种中发现了与尾鳍再生相关的关键基因（Schebesta和Keating，2007），但表观遗传机制在这一过程中的作用仍未完全明确。DNA甲基化，尤其是CG二核苷酸处的甲基化，是一种重要的表观遗传修饰，通常在启动子区域存在时会抑制基因表达，但在基因体内则可能产生更为复杂的、取决于具体环境的效应（Jones，2012）。在组织再生过程中，mCG水平的动态变化被认为有助于实现大规模的转录重编程，进而实现细胞去分化、祖细胞增殖和组织再生（Lee等人，2018a，2018b）。
银鲀（Pampus argenteus）是一种具有重要经济价值的海洋鱼类，在亚洲水产养殖业中被广泛养殖（You等人，2021）。在养殖过程中，由于操作不当、使用渔网或鱼类间的攻击行为，尾鳍常常受到损伤，这不仅会影响鱼只的健康状况，还会降低养殖效率（Ellis等人，2002）。通过揭示驱动尾鳍再生的分子和表观遗传机制，本研究确定了fgf20a、msxb和sox9b等关键调控基因，这些基因可作为选择性育种或基因改良的目标，从而提升鱼的伤口愈合能力，降低继发感染的几率，减少因尾鳍损伤造成的损失（Whitehead等人，2005；Knopf等人，2011）。此外，与这些基因相关的甲基化模式还可作为实用的表观遗传生物标志物，用于筛选具有更强再生能力和更能抵御养殖环境压力的亲本鱼（Piferrer，2020；Stewart等人，2020；Liu等人，2022）。作为一种海洋硬骨鱼类，银鲀也为研究斑马鱼等淡水物种的再生机制提供了比较模型，有助于了解不同环境条件下再生机制的保守性与差异性（Poss，2010；You等人，2021）。本研究旨在通过整合分析银鲀尾鳍再生过程中的转录组（RNA-seq）和DNA甲基组（CG-甲基化）数据，填补这一研究空白。我们在截肢后1天、3天和7天这几个关键时间点对这些动态变化进行监测，以揭示甲基化与基因表达之间的协同关系，进而理解它们如何共同协调组织再生过程。
章节节选
样本采集与伦理问题
15条成年银鲀（平均重量为150±20克）在配备有循环海水系统的实验室水族箱中适应环境，水族箱内的水温维持在22℃。这些鱼来自中国宁波大学海洋科学学院的鱼类资源库。在甲苯磺酸钠（MS-222）麻醉下，我们对这些鱼的尾鳍进行了截除处理，截除长度约为尾鳍总长度的50%。我们在截肢后1天、3天和7天分别采集了伤口边缘的组织样本，同时也收集了未受伤部位的样本
尾鳍再生过程中的整体转录组变化
通过对RNA-seq数据进行主成分分析，我们发现样本根据时间点在主成分轴上形成不同的群体，这表明在再生过程中存在不同的转录状态，尽管相邻时间点之间也存在一定程度的重叠（图1A）。与第0天相比，第1天共有1245个差异表达基因，其中752个基因的表达水平上升，493个基因的表达水平下降；第3天则有2843个差异表达基因，其中1621个基因表达上升，1222个基因表达下降；第7天有1890个差异表达基因，其中1102个基因表达上升，788个基因表达下降（图1B）。在第1天与第0天相比，表达上升的差异表达基因的GO功能富集分析显示
讨论
我们的多组学整合研究为银鲀尾鳍再生过程中的转录组学和DNA甲基组学特征提供了全面的时间维度上的分析结果。这些数据不仅展现了表观再生过程中保守的、具有阶段特异性的分子机制，还揭示了DNA甲基化作为一种动态且不可或缺的表观遗传调控机制，在协调这一复杂再生过程中的作用。从早期的炎症反应阶段（第1天）开始，
结论
总之，本研究证明银鲀的尾鳍再生是由转录和表观遗传重编程的协同作用所驱动的。尤其是启动子区域的动态DNA甲基化与具有阶段特异性的基因表达相互作用，从而激活再生相关通路并抑制抑制性信号。这些发现为我们理解海洋硬骨鱼类的尾鳍再生过程提供了重要的多组学整合分析依据，同时也为筛选关键调控基因奠定了基础
CRediT作者贡献说明
Kalim Ullah：写作——审阅与编辑，写作——初稿撰写，可视化分析，软件应用，方法设计，实验实施，正式数据分析，数据整理，概念构建。Hua Ye：写作——审阅与编辑，写作——初稿撰写，可视化分析，结果验证，研究指导。Yajun Wang：写作——初稿撰写，可视化分析，研究指导，软件应用，资源获取，方法设计，实验实施，概念构建。
伦理声明
所有涉及动物的实验程序均严格遵循中国宁波大学动物伦理委员会的指导方针和相关规定进行。
资金支持
本研究得到了中国国家自然科学基金的资助（项目编号：32172980）。
未引用参考文献
Almazán等人，2023年
Azzolin等人，2022年
Dahn等人，2023年
Harris等人，2016年
Hon等人，2013年
Jeong等人，2014年
Seritrakul等人，2020年
Stewart和Tsun，无出版年份
Wang等人，2020年
Wang等人，2021年
利益冲突声明
作者声明，他们不存在任何可能影响本文研究结果的已知财务利益冲突或个人关系。
Kalim Ullah|Hua Ye|Yajun Wang
中国浙江省宁波市梅山保税港区七星南路169号，宁波大学海洋科学学院，邮编315832
