Intrinsic and environmental influences on DNA methylation and gene expression in fish

Abstract

Epigenetic mechanisms, influenced by intrinsic and environmental factors are crucial for the regulation of gene expression and, ultimately, the phenotype. The European sea bass is used as a model to study these influences on DNA methylation and the phenotype during early development and later in life. We identify loci altered with age, suggestive of the existence of a piscine epigenetic clock. We show that moderate early developmental temperature increases are associated with genome-wide changes in DNA methylation and with parent-specific responses of genes involved in sexual development. Furthermore, we highlight a genome-wide inverse relationship of gene expression with the DNA methylation of the first intron. Lastly, we provide one of the first empirical demonstrations in support of the neural crest cell deficit hypothesis to explain Darwin’s domestication syndrome. Together, these results constitute the most integrative analysis of DNA methylation patterns in a fish species under intrinsic and ecologically relevant contexts.

Els mecanismes epigenètics són crucials per a la regulació de l'expressió gènica. El llobarro s’utilitza com a model per estudiar aquestes influències sobre la metilació de l'ADN i el fenotip durant el desenvolupament primerenc. S’identifiquen loci alterats amb l'edat, suggeridors de l’existència d’un rellotge epigenètic en peixos. Mostrem que augments moderats de la temperatura a l’inici del desenvolupament s'associen amb canvis en la metilació de l'ADN en tot el genoma i amb les respostes de gens implicats en el sistema de desenvolupament sexual. D'altra banda, destaquem una relació inversa de l'expressió gènica amb la metilació de l'ADN del primer intró. Finalment, oferim una de les primeres demostracions en suport de la hipòtesi del dèficit de cèl·lules de la cresta neural per a explicar la síndrome de domesticació de Darwin. En conjunt, aquests resultats constitueixen l'anàlisi més integradora de la metilació de l'ADN en un peix sota contextos intrínsics i ecològicament pertinents.