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Dynamic changes in DNA methylation during seahorse (Hippocampus reidi) postnatal development and settlement
Frontiers in Zoology ( IF 2.8 ) Pub Date : 2021-10-09 , DOI: 10.1186/s12983-021-00436-7
Paula Suarez-Bregua 1 , Sofia Rosendo 1 , Pilar Comesaña 1 , Lucia Sánchez-Ruiloba 1 , Paloma Morán 2 , Miquel Planas 3 , Josep Rotllant 1
Affiliation  

Most living marine organisms have a biphasic life cycle dependent on metamorphosis and settlement. These critical life-history events mean that a developmentally competent larva undergoes a range of coordinated morphological and physiological changes that are in synchrony with the ecological transition from a pelagic to a benthonic lifestyle. Therefore, transition from a pelagic to a benthonic habitat requires multiple adaptations, however, the underlying mechanisms regulating this process still remains unclear. Epigenetic regulation and specifically DNA methylation, has been suggested to be particularly important for organisms to adapt to new environments. Seahorses (Family Syngnathidae, Genus Hippocampus) are a fascinating group of fish, distinguished by their unique anatomical features, reproductive strategy and behavior. They are unique among vertebrate species due to their “male pregnancy”, where males nourish developing embryos and larvae in a brood pouch until hatching and parturition occurs. After birth, free-swimming offspring are pelagic and subsequently they change into a demersal lifestyle. Therefore, to begin to address the question whether epigenetic processes could be involved in the transition from a planktonic to a benthonic lifestyle observed in seahorses, we studied global DNA methylation profiles in a tropical seahorse species (Hippocampus reidi) during postnatal development and settlement. We performed methylation-sensitive amplified polymorphism (MSAP) along with quantitative expression analysis for genes suggested to be involved in the methylation machinery at six age groups: 1, 5, 10, 20, 30 and 40 days after male’s pouch release (DAR). Results revealed that the H. reidi genome has a significantly different DNA methylation profile during postnatal development and settlement on demersal habitats. Moreover, gene expression analysis showed up- and down-regulation of specific DNA methyltransferases (DNMTs) encoding genes. Our data show that the differences in the DNA methylation patterns seen among developmental stages and during the transition from a pelagic to a benthonic lifestyle suggest a potential for epigenetic regulation of gene expression (through DNA methylation) in this species. Therefore, epigenetic mechanisms could be necessary for seahorse settlement. Nevertheless, if these epigenetic mechanisms come from internal or if they are initiated via external environmental cues should be further investigated.

中文翻译:

海马(Hippocampus reidi)出生后发育和定居过程中DNA甲基化的动态变化

大多数海洋生物具有依赖于变态和沉降的双相生命周期。这些重要的生活史事件意味着具有发育能力的幼虫会经历一系列协调的形态和生理变化,这些变化与从远洋到底栖生活方式的生态转变同步。因此,从远洋到底栖栖息地的过渡需要多次适应,然而,调节这一过程的潜在机制仍不清楚。表观遗传调控,特别是 DNA 甲基化,被认为对于生物体适应新环境特别重要。海马(海马科,海马属)是一群迷人的鱼类,以其独特的解剖学特征、繁殖策略和行为而著称。由于它们的“雄性妊娠”,它们在脊椎动物物种中是独一无二的,雄性在育雏袋中滋养发育中的胚胎和幼虫,直到孵化和分娩发生。出生后,自由游泳的后代是远洋的,随后他们变成了底层的生活方式。因此,为了开始解决在海马中观察到的从浮游到底栖生活方式的转变是否涉及表观遗传过程的问题,我们研究了热带海马物种(Hippocampus reidi)在出生后发育和定居期间的全球 DNA 甲基化谱。我们对六个年龄组的甲基化机制所涉及的基因进行了甲基化敏感扩增多态性 (MSAP) 和定量表达分析:雄性育儿袋释放 (DAR) 后 1、5、10、20、30 和 40 天。结果表明,H. reidi 基因组在出生后发育和在底层栖息地定居期间具有显着不同的 DNA 甲基化特征。此外,基因表达分析显示特定 DNA 甲基转移酶 (DNMT) 编码基因的上调和下调。我们的数据表明,在发育阶段和从远洋到底栖生活方式的转变期间,DNA 甲基化模式的差异表明该物种基因表达的表观遗传调控(通过 DNA 甲基化)的潜力。因此,海马定居可能需要表观遗传机制。然而,如果这些表观遗传机制来自内部,或者它们是通过外部环境线索启动的,则应进一步调查。reidi 基因组在出生后发育和在底层栖息地定居期间具有显着不同的 DNA 甲基化特征。此外,基因表达分析显示特定 DNA 甲基转移酶 (DNMT) 编码基因的上调和下调。我们的数据表明,在发育阶段和从远洋到底栖生活方式的转变期间,DNA 甲基化模式的差异表明该物种基因表达的表观遗传调控(通过 DNA 甲基化)的潜力。因此,海马定居可能需要表观遗传机制。然而,如果这些表观遗传机制来自内部,或者它们是通过外部环境线索启动的,则应进一步调查。reidi 基因组在出生后发育和在底层栖息地定居期间具有显着不同的 DNA 甲基化特征。此外,基因表达分析显示特定 DNA 甲基转移酶 (DNMT) 编码基因的上调和下调。我们的数据表明,在发育阶段和从远洋到底栖生活方式的转变期间,DNA 甲基化模式的差异表明该物种基因表达的表观遗传调控(通过 DNA 甲基化)的潜力。因此,海马定居可能需要表观遗传机制。然而,如果这些表观遗传机制来自内部,或者它们是通过外部环境线索启动的,则应进一步调查。基因表达分析显示特定 DNA 甲基转移酶 (DNMT) 编码基因的上调和下调。我们的数据表明,在发育阶段和从远洋到底栖生活方式的转变期间,DNA 甲基化模式的差异表明该物种基因表达的表观遗传调控(通过 DNA 甲基化)的潜力。因此,海马定居可能需要表观遗传机制。然而,如果这些表观遗传机制来自内部,或者它们是通过外部环境线索启动的,则应进一步调查。基因表达分析显示特定 DNA 甲基转移酶 (DNMT) 编码基因的上调和下调。我们的数据表明,在发育阶段和从远洋到底栖生活方式的转变期间,DNA 甲基化模式的差异表明该物种基因表达的表观遗传调控(通过 DNA 甲基化)的潜力。因此,海马定居可能需要表观遗传机制。然而,如果这些表观遗传机制来自内部,或者它们是通过外部环境线索启动的,则应进一步调查。我们的数据表明,在发育阶段和从远洋到底栖生活方式的转变期间,DNA 甲基化模式的差异表明该物种基因表达的表观遗传调控(通过 DNA 甲基化)的潜力。因此,海马定居可能需要表观遗传机制。然而,如果这些表观遗传机制来自内部,或者它们是否是通过外部环境线索启动的,则应进一步调查。我们的数据表明,在发育阶段和从远洋到底栖生活方式的转变期间,DNA 甲基化模式的差异表明该物种基因表达的表观遗传调控(通过 DNA 甲基化)的潜力。因此,海马定居可能需要表观遗传机制。然而,如果这些表观遗传机制来自内部,或者它们是否是通过外部环境线索启动的,则应进一步调查。
更新日期:2021-10-09
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