斑马鱼细胞低温驯化中的表观遗传调控机制研究

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1、学校代码：10264研究生学号：D150103019上海海洋大学博士学位论文斑马鱼细胞低温驯化中的表观遗传题目：调控机制研究TheRoleofEpigeneticMechanisms英文题目：inColdAcclimationofZebrafishCells专业：生物学研究方向：表观遗传姓名：姜蓬垒指导教师：张俊芳二O一八年四月四日上海海洋大学学位论文原创性声明本人郑重声明：我恪守学术道德，崇尚严谨学风。所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经明确注明和引用的内容外，本论文不

2、包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品及成果的内容。论文为本人亲自撰写，我对所写的内容负责，并完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日上海海洋大学学位论文版权使用授权书学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅或借阅。本人授权上海海洋大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密□，在年解密后适用本版权书。本学位论文属于不保

3、密□学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日日期：年月日上海海洋大学博士学位论文答辩委员会成员名单姓名工作单位职称备注彭刚复旦大学脑科学研究院研究员主席魏刚中国科学院上海生命科学研究院研究员委员上海交通大学医学院附属仁济医洪洁教授委员院陈良标上海海洋大学教授委员李名友上海海洋大学研究员委员王建上海海洋大学讲师秘书答辩地点水产与生命学院A211答辩日期2018.5.25上海海洋大学斑马鱼细胞低温驯化中的表观遗传调控机制研究摘要鱼类作为水生生物，在其生命周期中会面临大幅度的温度变化，而低温压力会对鱼类生理、行为造成

4、显著影响，甚至导致死亡。低温驯化可以增强鱼类对低温的耐受能力。因此探索鱼类低温驯化的分子调控机制具有重要的意义。表观遗传在动植物适应环境压力的过程中起到了重要的作用。但是表观遗传在鱼类低温驯化中的作用并没有进行深入研究，特别是关于组蛋白修饰的研究很少，而关于长非编码RNA（longnon-codingRNA，lncRNA）方面的研究还是空白。斑马鱼作为一种常用的模式生物，其最适生长温度为28.5℃，而野生型斑马鱼要经历大幅度波动的日常（5.6℃）和季节性（15.0±0.4℃）温度变化，可以适应大幅度的温度变化（6-

5、38℃）。因此斑马鱼也常用来研究鱼类对温度变化的适应机制。课题组前期通过甲基化DNA免疫共沉淀测序(MethylatedDNAImmunoprecipitationSequencing，MeDIP-Seq)的方法发现斑马鱼胚胎成纤维细胞ZF4在低温驯化过程中，DNA甲基化水平发生了明显的改变，并且可能参与调控抗氧化、凋亡、发育、染色质修饰、免疫系统等与低温驯化相关的生物过程。通过比较低温驯化前后斑马鱼胚胎成纤维细胞ZF4的转录组数据，课题组发现低温压力导致斑马鱼细胞多种表观酶的表达都发生明显转变，包括组蛋白甲基化酶

6、KMT2、KMT7，组蛋白去甲基化酶jmjd4、KDM4A、KDM6b，组蛋白乙酰化酶ep300，组蛋白去乙酰化酶HDAC8、HDAC11。另外，通过染色质免疫共沉淀（ChromatinImmuno-Precipitation，ChIP）结合qPCR的方法也发现与寒冷适应相关的p53、selenbp1等基因启动子区域的组蛋白修饰也发生了转变。这表明DNA甲基化、组蛋白修饰确实参与了低温适应的过程。本研究通过RNA-seq和染色质免疫共沉淀结合高通量测序（ChIP-seq）的方法来检测斑马鱼细胞ZF4在低温驯化前后l

7、ncRNAs和组蛋白修饰在整个基因组的变化情况，进而探索lncRNAs和组蛋白修饰在低温驯化过程中的调控机制。主要结果如下：1、为筛选鉴定斑马鱼中响应低温压力的lncRNAs，本研究分别提取正常培养I上海海洋大学条件（28°C）和低温驯化（18°C30天）后的斑马鱼胚胎成纤维细胞ZF4的总RNA进行高通量测序。重新组装转录本后，去除其中已知的mRNAs、lncRNAs，并且去除长度小于200nt，开放阅读框大于300或具有编码潜能的转录本。按照如上标准鉴定出8363个新的lncRNAs。在这些新的lncRNAs中有

8、62%定位在基因间区，27%定位在内含子区域。对这些新的lncRNAs与已知mRNAs的一些特点进行比较，超过89%的lncRNAs的外显子少于或等于2个，而超过86%的mRNAs的外显子都多于2个。超过70%的lncRNAs的长度都要小于1kb，只有大约33%的mRNAs的长度小于1kb。lncRNAs和mRNA的中位FPKM值分别为0.9和2.6。表明这