蓝藻生物钟信号输出途径分子机制的研究进展

昼夜节律生物钟包括信号输入途径、核心振荡器和信号输出途径。在生物钟振荡周期与环境信号的同步过程中,信号输入途径感应外界环境的时间变化信号致使生物钟振荡周期和环境同步,并将其输入途径接受的外界信息传递给核心振荡器,核心振荡器再通过不同输出途径将周期性时间信号传递出去,产生周期性的信号调控作用。主要对蓝藻生物钟已知的三条主要输出途径KaiC-SasA-RpaA、KaiC-LabARpaA和KaiC-CikA-RpaA及其相关调节因子的分子机制研究进展进行综述。     

生物钟的转录后与翻译后水平调控进展

哺乳动物中的昼夜节律系统由位于下丘脑SCN核内的生物钟主钟和位于多数外周细胞中的子钟组成。在分子水平上,生物钟的节律振荡由生物钟基因及其编码蛋白的转录和翻译形成的自主的反馈环路组成,并接受外界因素的影响与环境周期保持同步。为此,就生物钟的调控机制而言,除了转录水平的基因表达调控外,生物钟转录产物和蛋白质的修饰也可以显著影响生物钟基因的表达时相。讨论了一些转录后与翻译后的修饰作用及其对生物钟的影响,并对其今后的研究方向作了展望。     

粗糙脉孢菌及其他真菌中生物钟系统研究进展

地球自转形成的昼夜交替促使地球上的生物在体内进化出了能够测量时间的"生物钟"系统,此系统由输入途径、核心振荡器和输出途径3部分组成。"光逃避"假说为生物钟的进化提供了一种合理的解释。作为研究生物钟的理想模式生物之一,粗糙脉孢菌生物钟的核心振荡器是由正调控因子WC-1、WC-2和负调控因子FRQ、FRH组成的一个基于转录/翻译的负反馈调控环路。输入途径感知光照、温度等环境信号并将其传递到核心振荡器,进而调控下游一系列钟控基因表达,输出昼夜节律。此外,粗糙脉孢菌中还存在不依赖于WC复合体的frq基因的转录,其调控方式的解析进一步丰富了生物钟的调控网络。最后,通过比较并探索其他真菌中生物钟系统组成及运行机制,使我们对真菌生物钟的进化历程及生物体对环境的整体适应性有了更加全面而深刻的认识。     

生物钟信号调控的营养学

近日节律是生物界普遍存在的一种生理现象,而内源性生物钟是产生近日节律的物质基础,它能使生物体感知并适应环境中的光、温度和食物等周期信号,从而使生物体与外界环境保持周期同步。研究表明,葡萄糖、胆固醇、腺苷、咖啡因、维生素A和视黄酸等营养物质能通过各自不同的方式调控哺乳动物的生物钟,影响其近日节律的信号输出。本文概述了至今为止研究发现的各类与生物钟信号调控相关的营养物质及功能的相关研究进展。     

NONO——代谢节律调节新分子

正生物节律(biological rhythm)指机体活动呈现的周期性变化;可分为日节律(circadian rhythm)、月节律(circamensual rhythm)、年节律(circannual rhythm)等;机体每昼夜间规律发生的节律性变化,被认为由"生物钟"调控;而"生物钟"则有其基因、分子与神经基础。生物节律具有自身调节性,以适应外界变化,增强生物的环境适应性。光照,摄食,温度等,均为重要的外界因素。摄食后,机体会发生一系列适应性变化,包括糖代谢水平上调、糖原合成增加等;然而,摄食影响机体生物节律的     

植物生物钟及其调控生长发育的研究进展

作为植物细胞内部的授时机制, 生物钟系统主要包括信号输入、核心振荡器和信号输出3个主要部分。该系统通过感受外界光照和温度等环境因子的昼夜周期性变化动态, 协调植物生长发育、代谢与生理反应, 赋予植物对生存环境的适应性。植物生物钟系统的核心振荡器通过多层级调控复杂的下游信号转导网络来参与调节植物生长发育及对生物与非生物胁迫的适应性。该文概述了近年来生物钟核心振荡器及其调控植物生长发育过程诸方面的研究进展, 并初步提出了植物时间生物学研究领域一些亟待解决的科学问题, 以期为生物钟领域的研究成果在作物分子育种方面的利用提供理论借鉴。     

生物发光成像无损伤研究植物生物钟的方法

植物生物钟系统是植物为了适应地球自转进化出的以约24小时为周期的分子系统, 通过感知并整合外界周期性变化的环境信号进而协调细胞内相应基因的表达和能量状态, 赋予植物对生存环境的适应性并参与调控多个植物生长发育过程。目前, 越来越多的研究聚焦于解析植物生物钟的分子机制, 基于此也衍生出很多研究生物钟表型的方法。该文在总结已有生物钟检测方法的基础上, 重点介绍生物钟表型实验中最常用且比较稳定可靠的实验方法, 以期为生物钟的表型研究尤其是生物钟机制研究提供技术支持与借鉴。     

生物发光成像无损伤研究植物生物钟的方法

植物生物钟系统是植物为了适应地球自转进化出的以约24小时为周期的分子系统,通过感知并整合外界周期性变化的环境信号进而协调细胞内相应基因的表达和能量状态,赋予植物对生存环境的适应性并参与调控多个植物生长发育过程。目前,越来越多的研究聚焦于解析植物生物钟的分子机制,基于此也衍生出很多研究生物钟表型的方法。该文在总结已有生物钟检测方法的基础上,重点介绍生物钟表型实验中最常用且比较稳定可靠的实验方法,以期为生物钟的表型研究尤其是生物钟机制研究提供技术支持与借鉴。     

mRNA选择性剪切在植物发育中的作用

mRNA选择性剪切（altemativesplicing）是生物体基因转录调控的基本方式之一,随着新一代测序技术的广泛应用,越来越多的基因的选择性剪切现象被揭示。在植物发育的不同阶段及其应对外界逆境胁迫的过程中,许多基因发生了选择性剪切,产生植物各个发育阶段所需的特定蛋白质来完成不同的发育过程和形成不同应答因子以适应外界环境的变化。本文从种子发育、器官形态发育、开花时间、生物钟调控、环境胁迫等方面综述选择性剪切在植物发育中的研究进展。     

果蝇昼夜节律的调控机制

40多年前的遗传筛选鉴定了第一个果蝇生物钟基因period,开启了果蝇生物钟调控机制的研究。随着更多生物钟基因被发现,一个由转录水平的调控及转录后水平的修饰组成的负反馈环路模型逐步形成,被认为是调控昼夜节律的核心分子机制。生物钟驱动果蝇脑内约150个神经元的活动,这些神经元在不同的环境条件下通过不同的方式互作,共同调控果蝇的行为节律。昼夜环境变化中最显著的是明暗变化。蓝光受体cryptochrome在光对昼夜节律的调控中起重要作用。     

水稻生物钟相关基因的表达特征鉴定及其功能预测分析

水稻作为我国重要农作物,其营养生长和生殖发育过程都受到严格的生物钟的控制,因此,生物钟基因的表达变化也是决定水稻产量和种子质量的主要决定因素之一。为了更全面系统的了解生物钟基因在水稻生长和发育过程中的功能,本研究采用生物信息学共表达方法,筛选和鉴定水稻和拟南芥中生物钟基因,并对比分析了这些生物钟基因在单双子叶模式植物中的可能功能。从水稻表达谱公共数据库中筛选与生物钟基因表达密切相关732个基因,并对筛选出的水稻生物钟相关基因进行表达特性、节律性、生物功能预测及其与拟南芥的对比分析,结果表明水稻和拟南芥的生物钟基因可能都具有在生物钟核心振荡器部分功能相对保守的特点。功能预测分析也还表明水稻生物钟基因参与了8类生物学过程,尤其在应激反应和代谢过程的方面具有明显富集性,从而间接佐证了水稻对于外界环境的响应及其代谢过程具有严格时间调控的分子机理。     

生物钟作用机制及其对动物年节律产生的影响

生物钟几乎存在于所有生命体,是生物适应外界环境的每日周期性变化而产生的内部活动。生物钟在体内受转录-翻译-负反馈环路调控,能调节组织、器官的活动,其正常维持对生物的健康、生长、繁殖等具有重要意义。与之相对,由于环境的四季变化,生物也形成了体内的年周期生理变化,如季节性发情、昆虫滞育等。生物的年节律在外部主要受光周期为主的环境因素影响,在体内则与基因表达、激素含量和细胞组织形态的变化有关。褪黑素是识别外部光周期变化的重要信号,而生物钟在垂体解析褪黑素信号并调控下游信号变化中扮演着重要角色,对环境年度变化的识别和机体年节律的产生具有重要指导作用。本文通过介绍昆虫和哺乳动物的昼夜节律和年节律产生的机制,并结合鸟类的年节律,综述了生物钟对年节律产生影响的作用机制研究进展,以期为今后研究年节律的影响机制提供更广泛的思路。     

CONSTANS LIKE 7参与调控拟南芥生物钟

植物的生物钟节律可以被环境中的光/黑暗以及冷/热循环所诱导,并使其与环境同步。植物生物钟由输入途径、中央振荡器、输出途径组成。目前对植物生物钟的研究已经揭示生物钟最基本的组成,但是关于生物钟的运作机理及网络还需要进一步研究。CONSTANS LIKE 7(COL7)是CONSTANS(CO)的家族基因。以拟南芥野生型(wild type,WT)、突变体col7以及COL7过量表达转基因株系COL7-OX-10和COL7-OX-11为材料,利用定量PCR、叶片运动等方法,分析COL7是否受生物钟调控以及COL7是否参与调控生物。实验结果显示:COL7不仅受生物钟调控,同时也参与调控生物钟。     

关于地震前动物行为异常原因的探讨

本文从几种动物的自记观测资料出发,总结了它们各自的正常竹律和干扰形态,认为这些动物具有良好的生物钟功能。当外界环境条件发生变化时,扰乱了动物体内生物钟的正常工作,出现非震的干扰形态;在地震发生之前,由于震源体和外空场综合作用,则使生物钟一时失控,动物产生行为异常现象。作者试图用生物钟的理论,给出动物异常原因一个概括性的解释。     

视网膜生物钟研究进展

昼夜节律生物钟是以24h为周期的自主维持的振荡器。在高等的多细胞生物中,生物钟可以分为母钟和子钟。研究表明哺乳动物的母钟位于下丘脑视交叉上核(suprachiasmatic nucleus,SCN),由此发出信息控制全身的节律活动;子钟位于组织细胞内,调控效应器的节律。在分子水平上,生物钟的振荡由自身调控反馈环路的转录和翻译组成,并接受外界环境因素的影响,通过下丘脑视叉上核(Suprachiasmatic Nucleus,SCN)中枢震荡器的同步整和而产生作用。视网膜是一种十分节律性的组织,许多生化的、细胞的和生理的过程都是以节律的方式来进行的,如视觉灵敏度、视网膜杆细胞外片层脱落和视网膜色素上皮细胞的吞噬作用、光受体中的视觉色素基因的快速表达等。生物钟存在于很多脊椎动物的视网膜中,被认为是一种外周生物钟。本文综述了视网膜生物钟,生物钟信号传输以及生物钟网络等的最新研究进展。     

生物节律影响巨核细胞发育和血小板产生的研究进展

自然界中生物体的生命活动、生活习性都存在着一定的周期性变化。生物昼夜节律的产生是以内源性的生物钟系统为基础的。生物钟不仅易受到外界环境的影响,而且可以通过调控一系列特定的下游基因的表达,影响生物体的生理生化过程。巨核细胞是生成血小板的前体细胞,经过分化、增殖、成熟和裂解,最终生成血小板。血小板是一种没有细胞核的特殊细胞,在生理性止血和器官修复上发挥着重要作用,同时参与血栓等多种疾病的发生。近几年借助现代分子生物学和细胞生物学手段。证实了哺乳动物的巨核细胞和血小板的生成呈现明显的周期性的变化,利用生物钟基因缺失模型进一步发现了生物钟基因对巨核细胞和血小板的影响。本文概述了生物节律对巨核细胞和血小板的影响,为进一步研究巨核细胞的发育和血小板生成机制提供了参考。     

生物节律影响巨核细胞发育和血小板产生的研究进展

自然界中生物体的生命活动、生活习性都存在着一定的周期性变化。生物昼夜节律的产生是以内源性的生物钟系统为基础的。生物钟不仅易受到外界环境的影响,而且可以通过调控一系列特定的下游基因的表达,影响生物体的生理生化过程。巨核细胞是生成血小板的前体细胞,经过分化、增殖、成熟和裂解,最终生成血小板。血小板是一种没有细胞核的特殊细胞,在生理性止血和器官修复上发挥着重要作用,同时参与血栓等多种疾病的发生。近几年借助现代分子生物学和细胞生物学手段,证实了哺乳动物的巨核细胞和血小板的生成呈现明显的周期性的变化,利用生物钟基因缺失模型进一步发现了生物钟基因对巨核细胞和血小板的影响。本文概述了生物节律对巨核细胞和血小板的影响,为进一步研究巨核细胞的发育和血小板生成机制提供了参考。     

生物钟节律与肝脏代谢稳态

生物钟(circadian clock)是机体内在的自主性计时系统,包括视交叉上核(suprachiasmatic nucleus, SCN)中枢生物钟与各组织外周生物钟。分子生物钟的核心机制包括CLOCK/BMAL1二聚体诱导抑制因子CRYs和PERs的转录,CRYs/PERs复合物反馈抑制前者转录活性,进而使这些生物钟核心因子以及节律输出基因的转录水平呈24 h振荡的反馈调节核心环路,以及REV-ERBα和RORα调控BMAL1转录的补充环路。机体大约80%的蛋白编码基因表达呈现明显的昼夜节律性特征,生物钟系统使生物能够适应地球自转所产生的昼夜节律(近日节律),使机体的代谢平衡与能量相互协同。生物钟与代谢稳态相互依存、互为基础,使机体能够高效利用能量,协同机体不同组织,快速适应内外环境变化。肝脏作为机体代谢的中枢器官,其进行的各种生理活动几乎都受到生物钟的控制。生物钟与肝脏代谢调控之间存在多重交互调控机制,两者的交互平衡失调是代谢性疾病的高风险因素。本文主要就肝脏的糖、脂和蛋白质代谢的节律性调控进行了综述,并强调了线粒体功能的振荡,讨论了肝脏代谢对生物钟的反馈调节,并对生物钟研究方法和应用进行展望。     

Sirt1与生物钟的相互调控

生物钟调控机制广泛存在于各种类型的细胞中,控制着细胞代谢的节律性变化.最近的研究发现,NAD+依赖的组蛋白去乙酰化酶Sirt1参与了生物钟调控过程,对维持正常的生物钟节律具有重要作用;另一方面,Sirt1的表达也受到生物钟系统的调控,呈现出昼夜节律性的表达.因此Sirt1能与生物钟进行相互调控,并且这一作用机制很可能广泛参与了不同类型细胞内的信号转导和能量代谢过程.本文总结了Sirt1与生物钟之间相互调控的一些研究进展,对它们之间的分子调控机制进行了概述.     

生物钟基因系统功能异常与心血管疾病和消化疾病的关联性机制研究

生物体内源性生物钟产生的昼夜节律是以近24 h的节律性振荡对外界环境变化进行的综合性调节反应,其产生的分子基础是生物钟基因及其编码的蛋白质组成的转录-翻译反馈环路,其中生物钟基因可作用于下游钟控基因而调节机体各项生理功能。昼夜节律紊乱、生物钟基因表达改变,与许多疾病包括心血管疾病和消化疾病的发生发展相关,甚至是癌症发生的重要促进因素。对昼夜节律的研究为疾病的预防和治疗提供了新思路。