《Comparative Biochemistry and Physiology Part D: Genomics and Proteomics》：Papillae growth and molecular responses of juvenile sea cucumbers (Apostichopus japonicus) exposed to different light intensities
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蓝光强度对海参乳突数量增长的分子机制研究显示，1500 lx组乳突数量显著最高，转录组分析揭示ras信号通路、抗坏血酸代谢等富集差异基因，并鉴定出Survivin、PHB2等促进生长的关键基因，而3000和4500 lx组则抑制乳突发育。
李伟燕|刘子瑜|邓雅杰|刘家琪|于金戈|肖浩然|田凤琳|韩凌舒|赵聪|丁俊
中国辽宁省大连海洋大学北方水生种质资源遗传与育种重点实验室，辽宁省大连市，116023
摘要
本研究探讨了不同强度蓝光对日本海参（Apostichopus japonicus）乳突数量生长及其相关分子机制的影响。实验中将海参置于三种不同强度的蓝光（1500 lx、3000 lx和4500 lx）下暴露60天，并定期测量乳突数量和体重。通过转录组测序分析棘刺组织中的基因表达差异。结果表明，暴露在1500 lx蓝光下的海参乳突数量显著最多。任何光照强度处理对体重增长均无显著影响。与对照组相比，1500 lx组中差异表达基因（DEGs）在ras信号通路、抗坏血酸和醛酸代谢以及脂肪酸延长通路中富集。研究鉴定了7个可能与乳突数量生长相关的关键基因：Survivin、PHB2、SoxB、traf6、TRPML3、TGF-β1和Rps13。相比之下，3000 lx组和4500 lx组的差异表达基因主要富集在轴突再生、肌动蛋白细胞骨架调节、fc gamma R介导的吞噬作用和趋化因子信号通路中。另有6个基因可能与抑制乳突数量生长相关：CRK、Smad4、Rac1、Arf6、ASAP2和Wnt7。综上所述，1500 lx的光照强度能有效增加日本海参的乳突数量。本研究为通过调控光照强度来提高养殖海参的乳突数量提供了分子证据。
引言
日本海参（Apostichopus japonicus）是一种具有较高经济价值的海洋养殖物种，因其丰富的营养价值和药用特性而受到重视（Li et al., 2024; Tian et al., 2025）。分布于体表的乳突是该物种的显著形态特征之一（Mai et al., 2025）。在养殖业中，乳突数量是评估海参品质和经济价值的关键指标（Xing et al., 2021; Cao, 2022; Mai et al., 2025）。系统研究影响幼体海参乳突发育的关键因素至关重要，这有助于提高集约化养殖的效率。
光照是调控海参乳突生长的关键环境因素（Zhou, 2000; Wang et al., 2022a）。我们之前的研究表明，不同光谱、光照周期和光照强度下乳突的发育存在差异（Liu et al., 2025b）。具体而言，12 L:12 D的光照周期结合1500 lx的蓝光可显著增加乳突数量（Chen et al., 2007; Liu et al., 2025b）。因此，确定促进乳突生长的有效光照强度十分重要。一些研究表明，相对较高的光照强度（1500 lx）能显著促进乳突生长（Liu et al., 2025b），但更高强度是否能进一步增加乳突数量尚不明确。因此，了解光照强度对乳突数量增强的影响对海参养殖具有重要意义。
转录组测序（RNA-seq）是一种能够对特定生理状态下的所有RNA转录本进行测序的技术，从而揭示基因表达的特征（Cui et al., 2019）。RNA-seq数据集可以分析生理阶段中的基因表达变化，识别关键调控基因和代谢通路，并将其与特定生理过程联系起来（Yang and Zhang, 2013）。转录组测序已被用于研究海参的乳突发育，是阐明乳突形成和增殖机制的重要方法（Zhan et al., 2019）。通过转录组测序进行分子分析，可以识别相关通路和基因，为进一步研究日本海参乳突数量增加的分子机制提供重要信息。
本研究的目的是确定一种能有效促进乳突数量增加的蓝光强度，并在分子层面阐明其调控机制。这些结果有望为陆基养殖条件下日本海参乳突数量管理的光照强度调控提供理论依据。
实验动物
本研究使用的海参来自辽宁省大连庄河的一家海水养殖场。实验在大连海洋大学农业部海水养殖重点实验室进行。实验前，海参在120 L白色塑料池中暂养一周。养殖水温范围为8.0至15.0°C。为避免乳突计数存在的主观性，采用了标准化测量方法。
不同光照强度下日本海参乳突数量的变化
本研究展示了不同光照强度对日本海参乳突数量的影响（表1）。实验开始时，各组之间的乳突数量无显著差异（P > 0.05）。到光照第15天时，暴露在1500 lx下的组（42.33 ± 0.61）的乳突数量开始显著超过4500 lx组（38.33 ± 0.95）和对照组（38.33 ± 0.95）（P < 0.05）。在第30天和第45天时，
光照强度对日本海参乳突数量和体重的影响
乳突数量是日本海参的重要经济特征，对其市场价值具有重要影响（Huang and Wang, 2007）。乳突具有物理或化学感知能力，其内部的细胞过程可延伸至表皮和放射神经索，可能参与神经递质的传递，表明存在神经系统（Hyman, 1955; VandenSpiegel et al., 1995; Hoekstra et al., 2012）。
声明
由于研究对象为无脊椎动物，本研究免于伦理审查和批准。
作者贡献声明
李伟燕：撰写初稿、数据可视化、验证、实验设计、数据分析、概念构建。刘子瑜：数据可视化、方法学设计、实验设计、数据分析、概念构建。邓雅杰：数据可视化、实验设计、数据分析。刘家琪：数据可视化、实验设计。于金戈：数据可视化、实验设计。肖浩然：数据可视化、实验设计。田凤琳：数据可视化、实验设计。韩凌舒：数据验证、方法学设计、实验设计。
资助
本文部分得到了辽宁省科学技术部重大农业项目（项目编号：2023JH1/10200007）、辽宁省“星辽人才计划”领军人才项目（项目编号：XLYC2202001）以及大连星海湾实验室技术基金（项目编号：Dljswsf202401）的支持。
