环境温度对生物的影响贯穿其整个生活史，包括生长、发育、繁殖、运动等多个重要的生物学过程。有气象预测显示由于全球变暖引起的极端高温和由于北极冰盖融化引起的寒潮将会频繁侵袭我国。　　鱼类生活在水环境中，水温的变化对鱼类的行为和生理生化活动影响巨大。极端温度会使水产养殖业遭受重大的损失，使养殖鱼类品质下降或导致大面积死亡。因此，研究温度对鱼类的影响就显得至关重要。斑马鱼是一种重要的水生生物模型，具有拼接完整的基因组和可信度较高的基因注释结果，可以满足转录组、甲基化组等高通量测序数据分析的需要。近年来的研究结果对斑马鱼在低温下的调控网络有比较透彻的概述，同时发现了斑马鱼与罗非鱼耐寒能力差异的分子机制。为我们选择以斑马鱼作为研究对象奠定了坚实的基础。　　近年来多项研究表明，生物体在弱于极端温度的条件下，将会产生温度驯化效应，使其耐受极端温度的能力上升。另外有一些研究表明环境因素对生物体产生的影响可以持续很长的时间，甚至会影响其后代的生存能力。然而这些研究工作主要集中在植物领域，对动物尤其是鱼类的研究还比较少。因此，研究模式鱼类——斑马鱼对温度驯化的响应机制就显得至关重要。为了从多角度探究斑马鱼对温度驯化的响应机制分别设计了三个实验进行研究。　　首先，将斑马鱼ZF4细胞（正常培养温度28℃）进行短期低温驯化（18℃/5d）和长期低温驯化（18℃/30d），探究在没有神经调节和激素调节的情况下，鱼类细胞本身是否能够获得温度驯化效应。实验发现，将常温（28℃）、短期驯化（18℃/5d）、长期驯化（18℃/30d）的ZF4细胞放入细胞致死低温（10℃/3d）后，通过细胞存活率检测和alamar blue还原性检测实验发现，不管短期驯化和长期驯化的ZF4细胞的耐低温能力都增强，说明其都获得了温度驯化效应。利用 MeDIP-seq的方法研究常温（28℃）、短期驯化（18℃/5d）、长期驯化（18℃/30d）的ZF4细胞的甲基化的状态。研究发现寒冷压力可以改变 ZF4细胞 DNA甲基化模式，短期低温驯化后DNA甲基化的水平增加，而在长期低温驯化后DNA甲基化的水平有所恢复，且稍稍低于对照组。通过分析找到了1024个低温驯化后启动子区域发生明显改变的基因，并对这些基因做了GO富集和KEGG富集分析，结果显示短期低温驯化后参与叶酸合成通路的相关基因的启动子区域发生了显著的欠甲基化，由于叶酸可以作为5mC的甲基供体，因此推测叶酸合成通路的激活可能与短期驯化后整体甲基化水平升高有关。利用MeDIP-qPCR和BSP验证生物信息分析得到的差异甲基化区域（DMRs），结果显示MeDIP-qPCR和BSP的实验结果与MeDIP-seq的测序结果基本相符。　　结果显示，在没有神经调节和激素调节的条件下，斑马鱼细胞本身就可以对温度驯化产生反应。　　其次，为了研究温度驯化是否能够对斑马鱼产生持续的影响，并进一步探究产生持续性影响的分子机制。将斑马鱼受精卵分别放入不同胚胎发育温度（22℃，27℃，32℃）中发育出膜，简称TE22、TE27、TE32，然后于常温（27℃）下饲养8个月，以BS-seq的方法检测各组斑马鱼成鱼肌肉中 DNA甲基化水平。通过分析 gene、peseudogene、lincRNA、CGI、miRNA、rRNA及其上下游2Kb区域的甲基化状态发现，在gene body区域可以观察到TE32的甲基化水平稍微高于TE22和 TE27，而在上游和下游2K的区域，TE32的甲基化水平稍微低于TE22和TE27，在CpG岛区域，TE27的甲基化水平略高于TE22，而TE32的甲基化水平最低。在miRNA和rRNA区域并没有看到甲基化水平明显降低的区域，但是其本身的甲基化水平变化比较剧烈。methylKit分析发现，TE22和TE27、TE32和TE27之间存在大量DMCs位点，并且差异甲基化位点在每个染色体上比例大致相同。DMRs分析发现TE22 vs TE27之间的差异甲基化区域（DMRs）为1915个，其中超甲基化区域为990个，欠甲基化区域为925个。TE32 vs TE27之间的差异甲基化区域（DMRs）为2646个，其中超甲基化区域为1506个，欠甲基化区域为1140个。　　结果显示，斑马鱼不同胚胎发育温度（22℃，27℃，32℃）可以导致斑马鱼成鱼的肌肉中特定区域的甲基化水平发生变化，证明温度驯化可以对斑马鱼肌肉的DNA甲基化状态产生持续性的影响。　　最后，为研究斑马鱼中低温驯化效应是否能够遗传，将在常温（27℃）下饲养6个月的32对斑马鱼分成两组，每组16对，一组继续在常温（27℃±0.5℃）下饲养，编号 TA27，另一组放置于低温（22℃±0.5℃）下饲养，编号TA22，驯化时长为4个月。分别配对TA27和 TA22两组斑马鱼，在产卵后的30min内收集受精卵，放入培养皿中，将TA27组和TA22组的受精卵分为两份，分别放置于27℃与20℃，统计四个培养皿中受精卵的出膜率，评估斑马鱼受精卵的低温耐受能力。分别取TA27、TA22斑马鱼卵巢和在低温20℃处理0h、2h、4h、6h、8h的受精卵，进行转录组测序，进而进行差异表达基因、GO和KEGG分析，并对表观酶类的表达水平进行分析。结果发现经过22℃驯化的斑马鱼的后代在致死温度下（20℃）可以正常发育，并顺利完成卵裂期，进入下一发育时期。而未驯化的斑马鱼在低温下，会导致卵裂异常的表型，例如卵裂时细胞间隙过大、出现两个分裂球，更有甚者会出现卵破碎的现象。将非驯化组斑马鱼所产的卵置于常温下发育一定时间，再放置于低温下，可以发现在常温发育3h以内的受精卵不能完成胚胎发育，而在常温发育3.5h以后的受精卵则可以顺利完成胚胎发育，进而出膜。这证明胚胎发育的前三个小时是易受到温度影响的敏感期，而对亲代的低温驯化可以使其所产的受精卵度过这段时期，正常完成卵裂。GO富集分析显示大量与信号通路激活、细胞间黏连的相关的生物学过程被激活。涉及大量与离子相关的生物学过程，例如离子通道活性、钙离子结合、钙离子通道复合体。涉及较多信号传导相关的生物学过程，例如G蛋白偶联受体活性、G蛋白受体信号通路、细胞间的信号传导、信号传导活性、Rho蛋白的信号传导。涉及细胞移动和固着等过程，例如细胞固着、细胞移动、细胞生长等过程。与生长繁殖有关的过程，例如，成纤维细胞生长因子受体信号通路、细胞因子受体结合、干细胞分化、发育的负调节作用、胚胎器官发育等过程。KEGG富集分析发现钙离子信号通路富集程度较高。GPCR信号通路可以调控 Ca2+信号通路的激活。由此可以进一步推测 GPCR信号通路首先感知温度降低，然后通过IP3影响Ca2+信号通路，使Ca2+信号通路激活。因此，斑马鱼低温驯化下产生的耐寒能力可能就是通过激活 Ca2+信号通路而产生的。通过对多种组蛋白修饰相关酶类的表达量的统计分析，发现多种赖氨酸的甲基化和去甲基化酶类表达量发生了显著的变化，证明还有其他表观标记参与了低温驯化的过程。　　结果显示，温度驯化效应可以遗传给下一代，推测这个现象与GPCR调控下的Ca2+通路有关。