草鱼生物钟基因结构及功能初步研究

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昼夜节律是生命体对环境中光照、温度、食物、社会行为和化学物质等授时因子长期适应而产生的24小时周期循环,参与调控新陈代谢、自发活动、细胞增殖、繁殖周期和摄食行为等生理学过程。机体需要通过复杂的生物钟信号系统维持昼夜节律的稳定。然而鱼类中生物钟基因对昼夜节律的调控机制研究相对匮乏,特别是生物钟与摄食节律相关研究。草鱼(Ctenopharyngodon idellus)是我国主养淡水草食性鱼类,需通过持续高强度摄取草类食物以满足自身营养需求,其摄食行为及摄食周期的特殊性使之成为研究生物钟与昼夜节律的良好模型。本研究拟以草鱼为实验材料,在草鱼基因组、转食前后转录组数据的基础上,利用生物信息学、分子生物学等技术手段,研究草鱼生物钟基因结构、组织分布及日节律表达模式;统计不同光照周期下草鱼摄食情况,监测生物钟基因及摄食调控基因表达水平的节律振荡变化,研究草鱼昼夜节律通路对摄食的调控机制。本研究旨在初步探索草鱼生物钟基因的功能,以期丰富时间生物学理论,为鱼类生物钟系统的进一步研究奠定基础。1草鱼生物钟基因结构与组织表达分析Per(period)是昼夜节律通路中一种重要的生物钟基因,参与机体多种生理活动,但鱼类中相关研究较少。本研究对草鱼per1进行基因结构与组织表达分析,初步探讨其潜在功能。结果表明,草鱼per1a c DNA全长5003 bp,包含20个外显子和19个内含子;草鱼per1b c DNA全长5083 bp,包含19个外显子和18个内含子;per1基因结构在硬骨鱼类中相对保守。系统进化分析显示鱼类per1与哺乳类、两栖类、爬行类属直系同源。同线性分析结果表明per1上下游基因排列在不同物种间存在差异。草鱼per1与哺乳动物保守的蛋白功能结构域表明其可能发挥昼夜节律转录调控功能。此外,荧光定量PCR结果显示草鱼per1a和per1b在中枢和外周组织中广泛表达,其中per1b在眼睛中显著高表达(P<0.05),表明其可能与鱼类对光的趋向性运动相关。研究结果可为鱼类生物钟相关研究提供基础资料。2草鱼昼夜节律通路对摄食调控作用研究光照作为一种重要的授时因子,是研究昼夜节律生物钟调控动物摄食行为的良好手段。通过12 h光照:12 h黑暗(LD)、24 h黑暗(DD)、24 h光照(LL)三种长期(60 d)光照处理使草鱼形成不同生物节律后,统计其摄食量及摄食节律变化,并检测不同处理组24 h内生物钟正向调控基因bmal1(brain and muscle Arnt-like protein1)和负向调控基因per1b以及促食欲因子npy(neuropeptide Y)和抑食欲因子pomc(proopiomelanocortin)的表达情况,初步研究草鱼昼夜节律与摄食间的关系。实验结果表明,草鱼在不同处理下摄食量及摄食节律存在差异,DD处理组摄食量显著高于LD及LL处理组(P<0.05)。不同处理组草鱼生物钟基因与摄食调控基因表达发生重置。草鱼per1b与bmal1在LD、DD和LL处理组中的不同时间点下差异表达,但只在LD和LL组节律振荡(P<0.05)。草鱼npy在LD、DD和LL三种条件下均存在差异表达和节律振荡(P<0.05);pomc则只在LL组存在差异表达和节律振荡(P<0.05)。生物钟基因及摄食调控基因在不同处理组间的振荡差异及其相互作用,可能是昼夜节律调控草鱼摄食量及摄食节律变化的原因。本研究提出一种有效促进草鱼摄食的方法,可在一定程度指导草鱼水产养殖的生产实践。
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