长牡蛎不同潮位养殖的表型差异及其表观遗传调控机制研究

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长牡蛎(Crassostrea gigas)主要在潮间带海域固着生活,随着海洋潮汐涨落,其生活史的大部分都是处于快速、剧烈变化的环境中。在这种高度动态的环境压力下,长牡蛎需要特定的调节机制来响应,从而迅速适应海洋环境的胁迫。本研究选用具有相同遗传背景的长牡蛎群体,探究其在潮间带不同潮位生长过程中产生的适应性差异,并通过多组学联合分析探究具体的调控机制。研究结果将有利于在全球气候变化的背景下系统地评估潮间带不同潮位长牡蛎群体的资源状况,保护海洋生物多样性;解析不同潮位长牡蛎群体的适应性调控机制,为潮间带高变生存环境中海洋贝类的养殖提供有效的应对策略,也将为创新海洋贝类的养殖模式提供新依据。实验结果表明:1.不同潮位长牡蛎的表型差异为系统地了解不同潮位长牡蛎群体的生长、环境抗性、生理代谢特征,本研究针对潮间带垂直梯度上3个潮位(380 cm、300 cm、200 cm依次标示为In380、In300、In200)及潮下带(Sub)的3月龄长牡蛎群体,分别检测了它们的生长指标、自然存活率、抗干露能力、呼吸代谢率、脂肪酸含量。结果表明,在生长指标方面,In200、In300长牡蛎群体表现出较优的生长水平和较高的自然存活率,并且随着潮位上升,生长性状和存活率逐步呈现劣势;环境抗性方面,干露耐受力表现为In380>In300>Sub>In200,高潮位的长牡蛎群体表现出相对较高的环境抗性;生理代谢方面,20℃和35℃条件下的呼吸率均表现为In380>Sub>In300>In200,高潮位的长牡蛎群体具有较高的呼吸代谢水平,并且不同潮位长牡蛎群体的抗干露能力和呼吸代谢水平与生长性状呈负相关,生长优越的长牡蛎群体,干露耐受力和代谢水平反而表现为劣势。此外,本研究在In380、In200长牡蛎群体中检测到24种脂肪酸,主要以饱和脂肪酸为主,占所有脂肪酸的比例>50%,两潮位长牡蛎群体饱和脂肪酸所占比例表现为In200>In380;而不饱和脂肪酸中以C18:0、C22:6ω3DHA为主,并且两潮位长牡蛎群体之间多个与抵御水生生物致病菌相关的脂肪酸存在显著差异(P<0.05)。2.潮间带长牡蛎适应性的调控机制本研究在不同潮位长牡蛎群体表型存在显著差异(P<0.05)的基础上,进一步解析其表观遗传层面的调控机制。选取两个自然存活率无显著差异(P>0.05),环境抗性和品质性状显著差异(P<0.05)的长牡蛎群体(In380、In200),进行DNA甲基化和转录组联合分析。结果表明,DNA甲基化介导了潮间带长牡蛎适应不同潮位环境的表型差异。在高胁迫环境下,In380的长牡蛎表现出相对高的全基因组甲基化水平和较低的甲基化可塑性,结合RNA-seq数据,在全基因组范围内检测到gene bodies区的甲基化水平与表达量之间存在正相关关系(r=0.06)。此外,本研究在两潮位长牡蛎中发现DNA甲基化修饰可能通过调控与细胞凋亡、信号转导、免疫应答相关基因的表达水平,从而参与适应性调控机制。综上所述,本研究系统地评估了不同潮位生存环境下长牡蛎的抗性、代谢水平、品质性状,为长牡蛎优良品种的选育奠定基础;解析DNA甲基化在响应环境变化中的调控作用,为研究海洋贝类快速适应全球气候变化的表观遗传调控机制提供新思路。
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