【摘 要】
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生物钟是生物体在长期进化和选择过程中为了适应周期性环境而出现自身行为与生理活动周期循环,主要参与调控新陈代谢、生殖、睡眠和摄食行为等生命过程。鳜鱼(Siniperca chuatsi),肉质丰厚坚实,味鲜肥腴,是我国特有的名贵淡水鱼,其食性特殊,从开食起终身以活鱼虾为食,是典型的淡水底栖肉食性凶猛鱼类。鳜鱼经过人工驯化后,能够摄食死饵甚至是人工饲料,其驯食性状与昼夜节律密切相关,但具体作用机制尚不
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生物钟是生物体在长期进化和选择过程中为了适应周期性环境而出现自身行为与生理活动周期循环,主要参与调控新陈代谢、生殖、睡眠和摄食行为等生命过程。鳜鱼(Siniperca chuatsi),肉质丰厚坚实,味鲜肥腴,是我国特有的名贵淡水鱼,其食性特殊,从开食起终身以活鱼虾为食,是典型的淡水底栖肉食性凶猛鱼类。鳜鱼经过人工驯化后,能够摄食死饵甚至是人工饲料,其驯食性状与昼夜节律密切相关,但具体作用机制尚不明确。本研究基于鳜鱼基因组数据,利用生物信息学方法,分析鳜鱼生物钟基因家族成员及基因结构;在不同光照条件下进行鳜鱼人工驯化,比较鳜鱼人工驯化率及生物钟和摄食调控基因表达的日节律振荡变化,探究生物钟对鳜鱼驯食调控作用机制。主要研究结果如下:比较鳜鱼与斑马鱼(Danio rerio)、草鱼(Ctenopharyngodon idellus)、青鳉(Oryzias latipes)、红鳍东方鲀(Takifugu rubripes)、罗非鱼(Oreochromis niloticus)和欧洲鲈(Dicentrarchus labrax)的生物钟基因arntl、clock、per和cry家族组成及基因结构差异,初步探究鳜鱼生物钟的分子构成。结果显示,鳜鱼arntl存在4个亚型,分别为arntl1a、arntl1b、arntl2a和arntl2b;clock存在3个亚型,分别为clock1a、clock1b和clock2;per存在4个亚型,分别为per1b、per2a、per2b和per3;cry存在4个亚型,分别为cry1aa、cry1ab、cry1ba和cry2。系统进化分析发现7种鱼类生物钟基因相对保守。其中,鳜鱼与罗非鱼和欧洲鲈的生物钟基因组成和基因结构差异不大,但与斑马鱼、草鱼、青鳉和红鳍东方鲀差异较大。与模式动物斑马鱼相比,鳜鱼per2基因发生复制,cry1bb和cry3缺失;鳜鱼per1b、cry2和clock1b基因发生内含子插入的现象,cry1ab基因发生外显子和内含子缺失现象。生物钟基因家族组成及生物钟基因结构差异可能促使鳜鱼形成了独特的生物钟。鳜鱼生物钟基因组织分布显示,clock1a、arntl1a、per1b和cry1aa均广泛分布于各个组织中,clock1a、arntl1a和per1b在脑和眼中高表达(P<0.05),cry1aa在肝脏、心脏和肌肉等外周组织中高表达(P<0.05),表明鳜鱼通过中枢和外周组织相互协作共同调节生物钟的功能。分别在LD(12 h光照与12 h黑暗交替)和DD(24 h黑暗)条件下进行鳜鱼人工驯化,比较鳜鱼驯化率,并检测鳜鱼中枢和外周组织生物钟基因(clock1a、arntl1a、per1b和cry1aa)和摄食调控基因(npy、agrp、pomc、cart、leptin和ghrelin)表达情况,探究鳜鱼生物钟与摄食的关系。结果显示,在DD条件下鳜鱼驯化率显著性升高(P<0.05)。LD条件下,脑arntl1a表达不存在节律性振荡,但在DD条件下存在节律性振荡。其他生物钟基因和摄食调控基因在LD和DD条件下均存在节律性振荡,但节律振荡模式不同。这些结果表明光照-黑暗循环周期的变化可以重置中枢和外周组织生物钟和摄食调控基因日节律振荡模式。此外,在DD条件下,生物钟正向调控因子(clock1a和arntl1a)与抑摄食调控基因(cart和pomc)相关性减弱,生物钟负向调控因子(per1b和cry1aa)与促摄食调控基因(npy和agrp)相关性变强,该结果表明不同光照-黑暗循环周期会改变鳜鱼脑中生物钟基因(clock1a、arntl1a、per1b和cry1aa)和摄食调控基因(npy、agrp、pomc和cart)相关性。因此,生物钟和摄食调控基因在不同光照-黑暗循环周期下日节律振荡的差异以及他们之间潜在的相互作用,可能是生物钟调控鳜鱼驯食的作用机制。
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