防制水產養殖寒害 臺大生技團隊發現斑馬魚抗寒機制

生命科學系兼發育生物學與再生學研究中心主任李士傑教授團隊發現微型核醣核酸調節斑馬魚抗寒機制。

微型核醣核酸(microRNA，簡稱miRNA)可調節魚類抗寒反應!生科系兼發育再生中心主任李士傑教授研究團隊利用基因體學的方法發現miRNA可藉由調節生理時鐘因子來幫助斑馬魚抵禦寒冷，該論文已於11月15日刊載於BioMed Central系列期刊《BMC genomics》(Hung et al., 2016)。

每年寒流來襲常造成水生生物大量死亡及臺灣水產養殖業巨大的損失，但一直以來始終也未能有效防治魚類寒害。環境溫度急速下降導致魚類體溫迅速下降而引發的一連串的生理和壓力反應，稱之為冷休克。先前研究中已知冷休克會造成魚隻的死亡及其他生理變化，但其分子調控機制仍不清楚。miRNA為不轉錄的小分子RNA，可調控發育、細胞分化以及代謝，在植物和少數動物中已知miRNA為調控環境壓力包括溫度變化之重要因子。miRNA可抑制其目標核糖核酸(mRNA)表現量，因此為瞭解冷休克狀態下整體miRNA及mRNA的變化，在科技部前瞻農業生技計畫支持下，李士傑教授與成大孫孝芳教授及高海大陳琮明教授團隊合作，選用斑馬魚仔魚研究在低溫處理下miRNA與mRNA一系列之圖譜變化分析。主要研究人員洪苡蓁與蕭諭娟同學利用次世代高通量定序技術進行冷處理斑馬魚仔魚之miRNA圖譜(miRNAtome)和轉譯體(transcriptome)分析。在miRNA圖譜分析中發現有29個表現量上升及26個表現量下降的miRNAs，並利用生物資訊方法預測他們的相對應的標靶基因，而此等對應的標靶基因大都也在轉譯體圖譜分析中發現有表現量的改變，這些基因參與在許多包括日夜週期調控之細胞生理反應。先前在哺乳動物之研究指出日夜週期調控基因可能有助於冷適應之調節，因此洪苡蓁與蕭諭娟深入探討日夜週期核心基因群在斑馬魚冷休克反應中之反應及可能影響。她們發現該基因群大多在冷刺激下表現量上升，尤以per2有超過十倍以上之表現量，而在斑馬幼魚過量表現per2發現其幼魚在低溫處理後之運動恢復狀態明顯優於控制組，且其魚體葡萄糖濃度也高於控制組，顯示此基因可能藉由調控冷休克下葡萄糖的代謝來達到抗寒的目的。另外團隊也證明了可受低溫調節之miRNA，mir29b，可調控斑馬魚冷休克過程中per2基因動態表現以適應冷休克。

在以往研究中並沒有相關證據發現miRNAs實際參與魚類冷休克的調控，本研究是首篇在斑馬魚上發現miRNA可以藉由調控相對應之目標mRNA以因應冷休克時的環境刺激，未來該研究團隊也將持續探討日夜週期核心基因群於魚類抗寒應用之可能性!

參考文獻
Hung, I.C., Hsiao, Y.C., Sun, H.S., Chen, T.M., Lee, S.J., 2016. MicroRNAs regulate gene plasticity during cold shock in zebrafish larvae. BMC genomics 17, 922.