论文部分内容阅读
生物节律是指生物的行为和生理出现周期性波动的现象,是生物体在自然界中长期选择和进化过程中保留下来适应外界环境的机制。生物节律是由生物钟产生的, “母钟”位于下丘脑视交叉上核神经元(SCN),主要受光影响；然而“子钟”存在于所有的外周组织中,主要受摄食影响。生物钟基因的表达规律不仅具有普遍性还呈现出组织特异性,其表达的改变进而促使钟控基因表达的改变,还可能导致一些生理功能的异常,从而引发相应的疾病。限制食物对动物的生理活动及行为有着深远的影响,如当限制食物时,动物体内生物钟输出信号会增加而引起生理生化变化。鱼类具有一个以近昼夜节律为周期的转录／翻译生物钟反馈环路,主要由正向调控元件Clock和Bmal驱动负向调控元件Cry和Per的表达形成一个循环的环路机制,促使一个周期的结束和另一个新的周期的开始。外周组织中除生物钟基因外,一部分重要功能基因也具有昼夜节律性,生物钟相关基因(生物钟基因和功能基因)稳定的昼夜节律性对于鱼类新陈代谢和内稳态具有重要意义。饥饿胁迫作为一个更强限制食物活动的授时因子,其对鱼类的生长发育、生理生化及基因表达都有很大的影响。本研究以锦鲫(Carassius auratus)为对象,采用RT-qPCR技术测定锦鲫在饥饿胁迫7天前后肌肉、肝脏中生物钟基因和重要功能基因的相对表达量,运用MATLAB 7.0软件进行余弦法分析生物钟相关基因的昼夜节律性,同时用SPSS 16.0对基因间进行皮尔森相关系数检验,旨在探讨分析短期饥饿对锦鲫肌肉、肝脏中生物钟基因和重要功能基因表达的昼夜节律性的影响。该研究有益于了解生物钟基因和重要功能基因在外周组织中的昼夜节律性,正确认识短期饥饿胁迫对鱼类生物钟的影响,研究结果将为鱼类生物钟系统调控机制进一步研究提供理论基础。本研究结果如下：(1)锦鲫肌肉组织中,生物钟基因Clock, Bmalla、Cry1、Cyr2、Cry3、Per1、Per2、 Per3和4个功能基因(IGF1、IGF2、IGFBP2和EPOR)呈现出显著地昼夜节律性(p<0.30)。正向调控元件Clock与大部分节律性基因存在关联性；负向调控元件Cry1、Cry2、 Per1、Per2和Per3呈现出光偏置的特性；最有趣地是Cry3,呈现出暗偏置的特性且与大多数基因存在显著地负相关关系(r<-0.50)。IGFs的昼夜节律性似乎总是依附于生物钟基因的昼夜节律性。这些结果进一步表明了鱼类的生物钟系统更加复杂,因为存在种间差异和旁系同源基因差异。(2)锦鲫经短期饥饿胁迫后,肌肉组织中生物钟基因和重要功能基因的昼夜节律性受到较大的影响：(a) Bmalla、Cry2、Per1、IGF1、IGF2和EPOR的生物节律性遭到了破坏(p<0.30)；(b) MyoG、MSTN, ucp1和EPO获得了显著地昼夜节律性(p<0.30)；(c)饥饿胁迫作用改变了Clock、Cry1、Cry3、Per2、Per3和IGFBP2的相位；(d)IGFBP2在短期饥饿前后均呈现出显著地昼夜节律性(p<0.30); (e) Clock与Cry1、Per2、Per3之间,Cry3与Per2之间的关联性未改变(r>0.50或者r<-0.50)。(3)锦鲫肝脏中生物钟基因Clock、Bmalla、Cry2、Cry3和Per3呈现出显著地昼夜节律性振荡(p<0.30)。功能基因中,pnp5a、ppara、fas和LPL呈现出显著地昼高夜低的节律性振荡(p<0.30)；Ampkla、Ampklb、AANAT、ERK2和JNK1呈现出显著地昼低夜高的节律性振荡(p<0.30)。正向调控元件中Clock较Bmalla与其它钟基因联系更为密切,但是另一正向调控元件Bmalla与功能基因的关联程度较Clock密切。此外,负向调控元件Cry2、Cry3和Per3与功能基因关联程度高,这可能是这些调控元件与功能基因之间相互作用的结果。更为有趣地是,Cry3与所有的关联性的基因均呈现出显著地负关联性(r<-0.50)。(4)锦鲫经短期饥饿胁迫后,肝脏中生物钟基因和重要功能基因的昼夜节律性受到明显的影响：(a) Clock、Bmalla、Cry3、Per3、Ampkla、Ampklb、ppara、AANAT、ERK2、 JNK1和LPL在锦鲫短期饥饿前后都呈现出显著地昼夜节律性(p<0.30),但振幅、中值和峰值相位受饥饿胁迫影响而改变； (b)饥饿胁迫作用破坏了Cry 2, pnp5a和fas昼夜节律性(p<0.30)；(c)短期饥饿胁迫后,Cryl和pparg获得了显著地昼夜节律性(p<0.30)；(d)功能基因始终与Bmalla、Cry家族和Per家族联系较为密切； (e)Per3与ppara之间,Bmalla与Ampklb、AANAT和JNKl之间显著地正相关关系未受到影响(r>0.50)；Cry3与Ampkla、JNK1之间,Per3与Ampkla、Ampklb之间逆转为显著地正相关关系(r>0.50),因此推测肝脏中功能基因的昼夜节律性可能还受到其它环路的调节。总之,鱼类的生物钟系统很复杂,存在种属差异性和组织特异性。其次,外周组织存在独立的生物钟系统。短期饥饿胁迫作用影响了外周组织生物钟基因及重要功能基因的昼夜节律性、关联性、振幅、中值和峰值相位。最后,短期饥饿胁迫作用改变了原有的生物钟系统,建立了新的平衡。