生物钟系统在动物营养和代谢中的调控作用

生物钟是一种近似24h为周期的自主振荡器,普遍存在于生物界中,调控生命体的正常活动和生理功能。生物钟系统在动物营养和代谢方面发挥着重要作用,但其机制尚未完全阐明。论文对昼夜节律生物钟的构成和作用的分子机制、对动物营养和代谢的调控及应用前景进行了综述,为更深入理解生命体昼夜节律系统提供理论参考和研究思路。     

生物钟PER基因作用机理及光照对其影响的研究进展

生物节律广泛存在于生物界,随着科技的发展,人们对生物节律的认识已经进入了分子阶段。生物钟基因产生和控制昼夜节律的运转,PER基因是人们第一个鉴定和克隆的生物钟基因。人们不仅研究了解了PER基因的结构及其在生物钟机制中的作用,而且对其在其他方面的影响也有了较深入的研究。光照是人们生物节律性的重要影响因素,研究光照对PER基因的影响越来越受到人们的重视,成为     

FBXL家族在哺乳动物生物节律中调控作用的研究进展

F-box富含亮氨酸重复蛋白3基因(F-box and leucine rich repeat protein 3,FBXL3)能编码含F-box结构域的蛋白,属于F-box蛋白家族成员,在细胞核中发挥功能。F-box富含亮氨酸重复蛋白21基因(F-box and leucine rich repeat protein 21,FBXL21)位于细胞质中,其功能与FBXL3基因功能存在拮抗作用。FBXL3与FBXL21蛋白在哺乳动物体内产生分子昼夜节律的负反馈循环中均都起重要作用。FBXL3通过形成SCF(SKP1-CUL1-F-box)复合物行使E3泛素连接酶功能,并通过泛素化促进隐花色素(Cryptochrome, CRY)蛋白的降解参与生物钟调控,FBXL21通过泛素化使CRY蛋白积累参与生物钟调控,两者对于CRY蛋白的拮抗作用能够稳定哺乳动物生物钟。本文首先介绍了生物节律以及生物钟分子的组成,然后综述了FBXL家族基因在昼夜节律循环中的调控作用及其突变后对季节性发情性状的影响,有助于后续探索FBXL家族基因突变后影响绵羊季节性发情性状的具体分子机制,为利用现代生物技术改变绵羊发情的季节性提供新思路。     

FBXL家族在哺乳动物生物节律中调控作用的研究进展

F-box富含亮氨酸重复蛋白3基因（F-box and leucine rich repeat protein 3，FBXL3）能编码含F-box结构域的蛋白，属于F-box蛋白家族成员，在细胞核中发挥功能。F-box富含亮氨酸重复蛋白21基因（F-box and leucine rich repeat protein 21，FBXL21）位于细胞质中，其功能与FBXL3基因功能存在拮抗作用。FBXL3与FBXL21蛋白在哺乳动物体内产生分子昼夜节律的负反馈循环中均都起重要作用。FBXL3通过形成SCF（SKP1-CUL1-F-box）复合物行使E3泛素连接酶功能，并通过泛素化促进隐花色素（Cryptochrome，CRY）蛋白的降解参与生物钟调控，FBXL21通过泛素化使CRY蛋白积累参与生物钟调控，两者对于CRY蛋白的拮抗作用能够稳定哺乳动物生物钟。本文首先介绍了生物节律以及生物钟分子的组成，然后综述了FBXL家族基因在昼夜节律循环中的调控作用及其突变后对季节性发情性状的影响，有助于后续探索FBXL家族基因突变后影响绵羊季节性发情性状的具体分子机制，为利用现代生物技术改变绵羊发情的季节性提供新思路。     

光照和温度影响昆虫昼夜节律生物钟的分子机制

昼夜节律是生物界最普遍的生物钟节律。模式昆虫果蝇(Drosophila)的昼夜生物钟即是一种"转录-翻译-抑转录"调节机制。其中,光照是一种调控生物钟的重要授时因子,能引起时间相位的延迟和提前;环境温度也是一个重要的授时因子,只需1~2℃的改变就可影响生物钟的时间相位。温度诱导生物钟的机制与光照相似,都需要隐花色素(CRY)蛋白的参与,周期蛋白(PER)-永恒蛋白(TIM)-CRY蛋白复合体在光线和温度的诱导路径中都发挥着重要作用。温度与光照可以协同发挥作用,共同调节生物钟,但光照与温度在诱导生物钟基因per和tim表达方面也存在着差异:光照条件下per与tim基因的表达节律变化为平行关系;而温度条件下per的表达峰比tim的表达峰早出现。家蚕(Bombyxmori)滞育是一种非常典型的对环境温度和光照进行主动适应的机制,因而家蚕有可能成为研究这2种授时因子协同作用的模式生物。     

高羊茅FaRVE8基因的克隆、亚细胞定位及表达分析

生物钟是一个复杂的调控网络,在环境的不断变化中促进植物的生长,REVEILLE8 (RVE8)是生物钟的重要基因。为探讨其分子机理,采用RT-PCR和RACE方法,克隆高羊茅叶片FaRVE8基因,结果显示,FaRVE8全长为1881 bp,有1236 bp的开放阅读框,编码411个氨基酸,同属于MYB样因子。遗传进化树表明其与禾本科植物二穗短柄草、节节麦、大麦的同源蛋白亲缘关系较近。利用荧光定量分析高羊茅叶片中FaRVE8在不同光照处理下的表达特征,结果表明,FaRVE8在不同光照处理下均有表达,且呈现出明显的昼夜节律。亚细胞定位显示FaRVE8定位在细胞核中,可能在细胞核中发挥重要作用。以上研究表明,FaRVE8在调节生物节律中有重要作用,为进一步探讨FaRVE8基因的功能和分子调控机制奠定基础。     

高羊茅FaRVE8基因的克隆、亚细胞定位及表达分析

生物钟是一个复杂的调控网络,在环境的不断变化中促进植物的生长,REVEILLE8 (RVE8)是生物钟的重要基因。为探讨其分子机理,采用RT-PCR和RACE方法,克隆高羊茅叶片FaRVE8基因,结果显示,FaRVE8全长为1881 bp,有1236 bp的开放阅读框,编码411个氨基酸,同属于MYB样因子。遗传进化树表明其与禾本科植物二穗短柄草、节节麦、大麦的同源蛋白亲缘关系较近。利用荧光定量分析高羊茅叶片中FaRVE8在不同光照处理下的表达特征,结果表明,FaRVE8在不同光照处理下均有表达,且呈现出明显的昼夜节律。亚细胞定位显示FaRVE8定位在细胞核中,可能在细胞核中发挥重要作用。以上研究表明,FaRVE8在调节生物节律中有重要作用,为进一步探讨FaRVE8基因的功能和分子调控机制奠定基础。     

诱发滞育的温度和光照条件对家蚕胚胎生物钟信号主要基因表达的影响

为了深入研究温度和光照等昼夜节律授时因子对家蚕滞育的调控机制,以常规诱导滞育发生的温度与光照条件处理胚胎发育后期蚕卵,调查家蚕胚胎生物钟信号环路主要基因Cry1、Cry2、Per和Tim的表达对授时因子振荡变化的响应。结果显示:光照能够上调Cry1基因在家蚕胚胎发育后期的表达,温度则可改变该基因表达的振荡周期相位;温度在改变Cry2基因振荡表达相位的同时,低温(15℃)还能上调该基因在家蚕胚胎发育后期的表达;温度升高可缩短Per基因表达的振荡周期;黑暗诱导Tim基因振荡表达,温度则能够改变Tim基因表达的振荡周期相位。结果提示:家蚕胚胎中可能存在与其他昆虫类似的以CRY1为光感受器因子的生物钟信号环路,Cry1、Cry2、Per和Tim是家蚕胚胎期能够响应昼夜节律授时因子光照和温度而诱导滞育发生的生物钟基因。     

过氧化物酶体增殖物激活受体γ信号通路调控脂质代谢的研究进展

过氧化物酶体增殖物激活受体γ(PPARγ)是体内脂肪形成的必需转录因子,处于脂质沉积过程中信号传递通路的核心枢纽位置,促进多能间充质干细胞向脂肪细胞的定向、增殖分化和脂质沉积。本文首先介绍了PPARγ的基本结构和调控靶基因的基本特征,然后以脂肪细胞形成和脂肪沉积为主线,综述了PPARγ信号通路在脂肪细胞形成、脂肪沉积和脂肪因子分泌、营养水平等脂肪代谢过程的调控作用,最后对PPARγ与生物钟相互反馈调节关系以及其在脂质沉积中扮演重要作用进行了概述,对进一步深入综合了解PPARγ对脂肪代谢调控的分子机制具有重要意义,为脂肪代谢及相关疾病的人工干预提供靶基因和新途径。     

无尾鸡骨骼发育关键信号通路研究进展

骨骼系统对机体的生命活动至关重要，它为生物体提供了造血微环境、机械支撑、保护脏器等功能，同时也是钙和其他矿物质等的储存库。家鸡尾骨的表型多样性是研究骨骼系统发育及形成机制的良好资源。Notch、Wnt信号通路的靶基因及其相互作用可以形成周期性表达的特点，是调节体节形成及尾部骨骼终止延伸的分子通路。为了解无尾鸡骨骼发育终止的分子机制，作者分别总结了骨骼发育、无尾鸡骨骼研究进展，并重点讨论影响无尾性状的关键信号通路Notch、Wnt及其在无尾鸡研究中的进展。但是，受体和配体之间相互作用的精确调节以及信号通路中的核心元素仍不清楚，需要通过更多的功能基因组和蛋白质组等方法进行深入研究。     

生物节律对动物生理营养及物质消化利用调控的研究进展

生物钟是生物的计时机制,是生物体内的一种无形的“时钟”。实际上是生物体生命活动的内在节律性,是由生物体内的时间结构序列所决定,使行为、生理和新陈代谢的内部循环与外界环境周期性同步。本文就生物节律系统、生物钟的调控基因、生物钟对营养生理代谢和消化器官的调控以及其在实际生产中的应用作一综述。     

Involvement of circadian clock in crowing of red jungle fowls (Gallus gallus)

The rhythmic locomotor behavior of flies and mice provides a phenotype for the identification of clock genes, and the underlying molecular mechanism is well studied. However, interestingly, when examining locomotor rhythm in the wild, several key laboratory‐based assumptions on circadian behavior are not supported in natural conditions. The rooster crowing ‘cock‐a‐doodle‐doo’ is a symbol of the break of dawn in many countries. Previously, we used domestic inbred roosters and showed that the timing of roosters' crowing is regulated by the circadian clock under laboratory conditions. However, it is still unknown whether the regulation of crowing by circadian clock is observed under natural conditions. Therefore, here we used red jungle fowls and first confirmed that similar crowing rhythms with domesticated chickens are observed in red jungle fowls under the laboratory conditions. Red jungle fowls show predawn crowing before light onset under 12:12 light : dim light conditions and the free‐running rhythm of crowing under total dim light conditions. We next examined the crowing rhythms under semi‐wild conditions. Although the crowing of red jungle fowls changed seasonally under semi‐wild conditions, predawn crowing was observed before sunrise in all seasons. This evidence suggests that seasonally changed crowing of red jungle fowls is under the control of a circadian clock.     

生物钟对动物糖脂代谢的影响研究进展

生物体内存在以近似24h为周期变化的生物节律,即昼夜节律,控制这一节律的时钟系统称为生物钟。生物钟对动物健康有着不可或缺的积极作用,当动物机体的生物钟被打乱,将引发机体的糖脂代谢紊乱、胃肠道营养吸收及微生物菌群等改变。本文主要综述了生物钟对动物糖脂代谢的相关机理及生理作用,旨在为生物钟对动物糖脂代谢的影响及实现畜牧精准饲喂提供参考。     

Lactation Biology Symposium: circadian clocks as mediators of the homeorhetic response to lactation

The transition from pregnancy to lactation is the most stressful period in the life of a cow. During this transition, homeorhetic adaptations are coordinated across almost every organ and are marked by changes in hormones and metabolism to accommodate the increased energetic demands of lactation. Recent data from our laboratory showed that changes in circadian clocks occur in multiple tissues during the transition period in rats and indicate that the circadian system coordinates changes in the physiology of the dam needed to support lactation. Circadian rhythms coordinate the timing of physiological processes and synchronize these processes with the environment of the animal. Circadian rhythms are generated by molecular circadian clocks located in the hypothalamus (the master clock) and peripherally in every organ of the body. The master clock receives environmental and physiological cues and, in turn, synchronizes internal physiology by coordinating endocrine rhythms and metabolism through peripheral clocks. The effect of the circadian clock on lactation may be inferred by the photoperiod effect on milk production, which is accompanied by coordinated changes in the endocrine system and metabolic capacity of the dam to respond to changes in day length. We have shown that bovine mammary epithelial cells possess a functional clock that can be synchronized by external stimuli, and the expression of the aryl hydrocarbon receptor nuclear translocator-like gene, a positive limb of the core clock, is responsive to prolactin in bovine mammary explants. Others showed that 7% of genes expressed in breasts of lactating women had circadian patterns of expression, and we report that the diurnal variation of composition of bovine milk is associated with changes in expression of mammary core clock genes. Together these studies indicate that the circadian system coordinates the metabolic and hormonal changes needed to initiate and sustain lactation, and we believe that the capacity of the dam to produce milk and cope with metabolic stresses in early lactation is related to her ability to set circadian rhythms during the transition period.     

苜蓿秋眠性调控机理的初步研究

苜蓿(Medicago sativa)秋眠性是苜蓿的一种生长特性,是苜蓿应对环境变化的一种特殊休眠方式,不仅和日照长度及光周期敏感度有关,它也是昼夜规律循环、光照、温度等多种因素及休眠相关基因调控共同作用的结果。国内外最新试验研究发现,植物的休眠受多种植物激素、光敏色素及其相关基因的调控。苜蓿中的植物激素、光敏色素在对苜蓿秋眠的调控中发挥着一定的作用,本研究对苜蓿秋眠性和光周期与光敏色素、植物激素的关系进行了介绍,并对休眠的机理进行了探讨。     

昆虫生物钟基因及其分子作用机制研究进展

昆虫经过长期的演化,在其生命活动和行为中,有着明显的昼夜和季节的节律性周期变化,通常将这种节律性活动现象称为生物钟。蟑螂是变温动物,体温会随外界环境的变化而变化,生物钟周期是"温度补偿"的。果蝇昼夜生物钟节律是一种"转录-翻译-抑转录"机制构成的反馈环,主钟由位于脑部的两簇神经元组成,其中已确认的主要钟基因有per、tim、clk、cyc、dbt、vri和cry等。家蚕的滞育是一种世代节律现象,但与近日节律密切相关,且无法单纯用近日节律调控方式来解释。家蚕滞育卵内的酯酶A4(EA4)是一种时间间隔测定酶,能够感知低温和盐酸等刺激信息,EA4的测时功能与其自身的结构有关,受蚕卵内的多肽抑制因子(PIN)的调控。聚类分析结果表明,家蚕EA4虽然在SOD蛋白家族,但EA4与其他物种Cu/Zn-SOD进化距离较远。生物钟的进化关系研究表明,生物钟的关键分子构成在果蝇等昆虫和哺乳动物之间是高度保守的。     

光照在中枢生物钟调节褪黑激素和促性腺激素释放激素分泌中的作用

动物生物钟包括中枢生物钟与外周生物钟,前者在哺乳动物中主要指下丘脑视交叉上核,而对于禽类则还包括视网膜和松果体。生物钟能感知外界环境的刺激和调节机体的生理活动,其中涉及到多种组织结构、激素及刺激因子。文章主要介绍中枢生物钟在调控松果体分泌褪黑激素与下丘脑分泌促性腺激素释放激素之间的关系,并就光照所起的作用进行了简要介绍。     

生物钟生理功能及影响因素的研究进展

生物钟普遍存在于生物界,能够使生物体本身的节律与环境的节律同步化,调控着机体生命活动和生理功能。对昼夜节律生物钟的作用机制、生理功能及影响因素进行综述,以期为生物节律的深入研究提供参考。