《Comparative Biochemistry and Physiology Part D: Genomics and Proteomics》：Time-series transcriptomic analysis reveals diel-cycle-responsive gene expression patterns in juvenile
Tachypleus tridentatus
编辑推荐：
•时间序列转录组学揭示了幼年中华鲎的昼夜基因表达模式。•JTK_CYCLE算法在昼夜周期中鉴定出1222个节律性表达基因。•共有409个基因同时表现出差异表达和节律性表达模式。•昼夜响应基因在碳水化合物代谢和氧化还原调控通路中富集。•LOC143227857表现出显著的24小
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时间序列转录组学揭示了幼年中华鲎的昼夜基因表达模式。
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JTK_CYCLE算法在昼夜周期中鉴定出1222个节律性表达基因。
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共有409个基因同时表现出差异表达和节律性表达模式。
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昼夜响应基因在碳水化合物代谢和氧化还原调控通路中富集。
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LOC143227857表现出显著的24小时节律，并经qRT-PCR验证。
引言
中华鲎是一种生态和进化上具有重要意义的海洋节肢动物（Hong, 2011）。作为一种典型的潮间带底栖生物，中华鲎广泛分布于中国东南沿海、日本及东南亚的近岸浅水和河口区域（Weng and Hong, 2001）。其幼体主要栖息于泥砂质潮间带滩涂，其运动、摄食及其他生理活动受潮汐、光照和环境波动的共同影响（Chiu and Morton, 2004）。因此，了解中华鲎如何在分子水平上响应反复出现的环境波动，可能为该物种生理过程的时间调控提供新的认识。
生物节律是使生物体能够针对反复出现的环境波动在时间上协调行为和生理过程的重要机制。在许多动物中，昼夜节律代表一种内源性计时系统，协调行为活动、代谢、免疫功能、发育以及其他生理过程（Hardin and Panda, 2013）。先前的研究表明，幼年鲎类表现出显著的时间依赖性活动模式。对幼年美洲鲎（Limulus polyphemus）的行为研究发现，其活动主要集中在夜间，且在持续黑暗条件下仍能维持近24小时的活动周期（Borst and Barlow, 2002）。进一步研究表明，幼年美洲鲎的活动节律存在个体差异，并受潮汐条件影响，人工潮汐周期可改变其活动模式（Dubofsky et al., 2013; Dubofsky-Porter et al., 2017）。幼年中华鲎也被报道表现出与昼夜和潮汐波动相关的活动模式（Chiu and Morton, 2004）。总体而言，这些行为和生态学研究表明，鲎类表现出与周期性环境波动相关的时间组织性。转录组学分析通过考察昼夜周期中的基因表达模式，提供了一种互补的分子水平视角，但仅凭这些模式尚不足以确立内源性昼夜节律机制。
在分子水平上，许多动物的昼夜计时由涉及Clock、Bmal、Period和Cryptochrome等核心时钟成分的转录-翻译反馈环路调控，这些成分参与对下游输出基因的节律性调控，从而影响多种生理过程（Hardin and Panda, 2013）。然而，越来越多的非模式物种证据表明，不同动物类群中时钟相关基因的分子组织和时间表达存在显著多样性，这表明在经典模式生物中建立的经典时钟模型可能无法完全反映节肢动物时间调控的多样性（Tomioka and Matsumoto, 2015）。例如，在甲壳动物中，尽管已鉴定出多种时钟基因同源物，且部分基因被发现具有昼夜表达模式，但其具体表达模式和调控机制仍存在相当大的种间差异（Sbragaglia et al., 2015）。这些种间差异凸显了在转录组水平上考察时间基因表达的重要性，而不应仅依赖于经典时钟成分。
作为古老的海蝎子目门支系，鲎类为研究非模式海洋动物的时间基因表达提供了有价值的体系。随着基因组和转录组资源的开发，已在美洲鲎Limulus polyphemus中鉴定出多个与经典昼夜节律系统相关的同源物，包括与时间输入、核心时钟功能和节律输出相关的成分，表明鲎类拥有可能参与时间调控的分子成分（Chesmore et al., 2016）。然而，目前关于鲎类的研究大多集中在行为节律性和经典时钟相关基因的鉴定上，而关于全基因组水平基因表达的昼夜变化、节律性表达基因的基因组范围分布以及这些时间调控基因潜在生物学功能的系统性知识仍然有限。
在此背景下，本研究在12小时光照/12小时黑暗的受控光周期条件下，对幼年中华鲎进行了24小时时间序列转录组分析，旨在表征昼夜周期中基因表达的时间变化并探索与这些变化相关的生物学过程。通过将转录组分析与对部分候选基因的qRT-PCR评估相结合，本研究进一步表征了代表性的时间表达模式，并考察了与时间调控基因相关的生物学过程。研究结果提供了幼年中华鲎昼夜周期响应基因表达的转录组全景视图，有助于理解这种非模式海洋节肢动物生理过程的时间调控机制。
章节片段
实验动物与饲养条件
本研究中使用的幼年中华鲎来源于中国福建省洛源沙虫科技后院的人工养殖群体（水生野生动物驯养繁殖许可证编号：2023-75）。选取30只体长相似的二期幼体（背甲宽度8.31 ± 0.33 mm；体重0.036 ± 0.003 g）作为实验动物，在循环人工海水系统中驯养7天以减少
测序数据质量与整体表达模式
本研究共测序了15个转录组样本。每个样本的清洁reads数量范围为3317万至4815万（表1）。Q30值始终较高（99.57%–99.61%），GC含量范围为36%至37%。比对分析显示，各样本的比对率为94.41%至95.46%，表明测序数据质量高，且与中华鲎参考基因组的比对效率良好。
为评估整体转录特征
幼年中华鲎的整体转录组稳定，但存在明确的时间响应性基因调控
基于连续24小时时间序列转录组分析，不同时间点样本间的Pearson相关系数均高于0.96，且PCA未产生明显分离的时间聚类，表明幼年中华鲎的整体转录组表达模式在完整昼夜周期中保持高度稳定。这表明昼夜周期并未引发大规模的全基因组表达变化，而可能仅影响
CRediT作者贡献声明
陈荣坚：撰写——初稿、方法、形式分析、概念化。冯晓妮：可视化、调查、数据整理。翁兆宏：撰写——审阅与编辑、监督、项目管理、经费获取。谢扬杰：撰写——审阅与编辑、监督、项目管理、经费获取。姬芬芬：验证、调查。王家桥：软件、数据整理。宋海洋：可视化、验证。Kit Yue Kwan：监督，
伦理声明
本研究遵循以下动物福利和/或报告指南：中国集美大学水产学院动物伦理委员会。
本研究已获中国集美大学水产学院动物伦理委员会批准。
利益冲突声明
作者声明不存在可能影响本论文所述工作的已知竞争性财务利益或个人关系。
致谢
本研究得到国家重点研发计划（编号：2024YFD2401404）和福建省自然科学基金（编号：2024J01706）资助。
陈荣坚|冯晓妮|翁兆宏|谢扬杰|姬芬芬|王家桥|宋海洋|Kit Yue Kwan|王纯彻|周宏雷
