拟南芥生物钟分子机制研究进展

本文主要概述了目前拟南芥生物钟分子机制的研究进展。生物钟通过调控导引节律的相位来调节植物的生理活动。拟南芥生物钟由CCA1、LHY和TOC1 3个主要基因构成了一个稳定的负反馈环,来调节昼夜节律中各个基因如APRR/TOC1 5重奏的作用, 从而调控昼夜节律的相位。在开花的光周期调控中, 提出了外协和模型, 其中的关键基因是CO , 它与拟南芥的开花时间直接相关。     

拟南芥开花诱导途径分子机制研究进展

拟南芥是分子和遗传学研究的模式植物,对植物花发育及控制花形态建成的分子遗传机制的研究进展主要是建立在对拟南芥研究的基础之上,拟南芥开花主要受到4个途径(自主途径、赤霉素途径、春化作用和光周期途径)的内源和外界信号的同时诱导.该文对近年来国内外有关拟南芥开花诱导的4个途径的分子机制研究进展进行综述,并初步绘制出各开花诱导途径基因间的调控网络图,以进一步明确基因间的相互作用模式及其在整个开花过程中的作用地位.     

生物钟的分子机制研究进展

RecentDevelopmentsinMolecularMechanismsofBiologicalClockHouBingkai(DepartmentofBiology,ShandongUniversity,Jinan250100)YuHuimin(DepartmentofBiochemistry,ShandongEducationCollege,Jinan250013)生物的昼夜节奏表现,从单细胞生物到多细胞生物,从原校生物到真核生物都曾被描述过。由于这种现象在生物界广泛存在,关于它的特征、意义和机理的研究日益受到人们重视。其中最重要和最吸引人的方面是它的测时系统—一生物钟（biologicalclock）,也称生物振荡器（oscillators）。近年来,人们从分子水平对生物钟的研究比较活…     

松果体昼夜节律生物钟分子机制的研究进展

在各种非哺乳类脊椎动物中 ,松果体起着中枢昼夜节律振荡器的作用。近来 ,在鸟类松果体中相继发现了几种钟基因 ,如Per、Cry、Clock和Bmal等 ,其表达的时间变化规律与哺乳类视交叉上核 (SCN)的非常相似。钟的振荡由其自身调控反馈环路的转录和翻译组成 ,鸟类松果体和哺乳类SCN似乎具有共同的钟振荡基本分子构架 ;若干钟基因产物作为正向或负向调节子影响钟的振荡 ;昼夜性的控时机制同时也需要翻译后事件的参与。这些过程对钟振荡器的稳定性和 /或钟导引的光输入通路有着重要的调控作用     

斑马鱼生物钟研究进展

斑马鱼是生物钟研究领域中一种新兴的脊椎动物模型。文章总结了斑马鱼生物钟研究的一些进展, 以及利用斑马鱼研究生物钟的特点及优势。由于光照和温度作为重要的外部信号在斑马鱼生物钟调节中发挥重要作用, 文章主要就近期光和温度对斑马鱼钟基因及调节通路的研究进行了概述, 最后对斑马鱼生物钟研究的未来提出了展望。     

拟南芥ZTL/FKF1/LKP2蛋白家族功能研究进展

植物通过各类受体来感知外界环境的改变从而调节自身的生长和发育情况。在拟南芥中,植物主要通过隐花色素(Cryptochromes)和向光素(Phototropins)感知蓝光。同时ZEITLUPE (ZTL),FLAVIN-BINDING KELCH REPEAT F-box1 (FKF1)和LOV KELCH PROTEIN2 (LKP2)蛋白家族也作为蓝光受体参与调控植物生长发育过程。因其特殊的蛋白结构组成,在植物的光周期开花、节律性和光形态建成等方面发挥了重要的调控作用。近来,ZTL/FKF1/LKP2蛋白家族被发现参与植物逆境胁迫响应。本文归纳了ZTL/FKF1/LKP2的生物学功能研究进展,并对其作用机制进行了总结与讨论。     

受光调节的拟南芥锌指蛋白DBB（DoubleB-Box）亚家族基因的转录表达

整合微阵列数据和采用实时荧光定量PCR分析拟南芥锌指蛋白DBB亚家族中8个基因在不同光周期和不同光质条件下转录表达的结果表明,在长日和短目照条件下该家族中6个基因的转录都具有光周期节律性,并且其中4个基因的表达受光诱导,有1个基因的表达受光抑制,1个基因的表达不受光调节。     

生物钟PRR蛋白促进拟南芥幼苗中花青素的合成

生物钟(circadian clock)是激发植物生理特征节律性表达,并使之维持稳定的保守内源调节机制。PRR(PSEUDO-RESPONSE REGULATOR)蛋白家族是生物钟中央振荡器的重要组成部分,调控植物的种子萌发、下胚轴伸长和开花等多种生命过程。花青素(anthocyanin)是植物次生代谢产物,对植物的繁衍、生长发育和抵抗逆境胁迫具有重要作用。该研究以拟南芥(Arabidopsis thaliana)为对象,探讨生物钟PRR蛋白对花青素生物合成的调控功能和分子机制。结果表明：(1)在PRR基因单突变体及多突变体幼苗中,花青素的积累明显降低,某些花青素合成相关基因的表达也显著降低。(2)相反,在PRR5过表达幼苗中,花青素的积累以及某些花青素合成相关基因的表达则显著升高。(3)蛋白相互作用结果显示,PRR5蛋白能与MYB75、TT8、MYB90及MYB113等花青素调控蛋白相互作用,并形成复合物。(4)遗传学分析结果显示,拟南芥PRR5诱导幼苗中花青素的合成依赖于MYB家族花青素调控蛋白。综上认为,生物钟PRR蛋白可能通过PRR5与MYB75、TT8等相互作用,促进拟南芥幼...     

生物钟机制研究进展

由生物体内源性生物钟所产生的昼夜节律是近年来生命科学的研究热点之一。几种模型生物（蓝细菌、脉孢菌、拟南芥、果蝇、小鼠）的生物钟相关基因相继被克隆和鉴定,为理解昼夜节律的分子机制奠定了基础。振荡器蛋白对其编码基因的负反馈调控可能是不同生物的生物运作普遍机制,在此基础上,不同生物有不尽相同的调控方式;隐色素可能是高等生物的共同生物钟光受体。     

KaiA调控蓝藻生物钟的分子机制研究进展

蓝藻生物钟系统主要包括输入途径、核心振荡器和输出途径3部分,核心振荡器主要由时钟蛋白KaiA、KaiB、KaiC构成。3种蛋白之间的相互作用产生节律信号及调控输入、输出信号进而维持生物振荡的精确与稳定。文中围绕蓝藻生物钟核心振荡器及核心振荡器组成蛋白的结构、功能与相互作用特点,结合本实验室近期取得的研究成果,针对时钟蛋白KaiA调节KaiC的酶活性、介导核心振荡器的时相重置、与CikA竞争KaiB的结合位点等方面近年来的研究进展进行了综述。     

蓝藻生物节律性分子调控机制的研究进展

生物钟现象是一种普遍存在于生物界细胞的内源节律性保持机制。生物钟机制的存在可以使生物体的代谢行为产生并维持以24 h为周期的昼夜节律,从而更好地适应于地球自转所产生的环境条件昼夜间节律性变化。蓝藻是目前生物钟分子机制研究中的模式生物,其依赖于k ai基因家族成员的核心生物钟调控模式已经被众多研究者详细阐明。蓝藻生物钟的核心振荡器是由蓝藻k aiA/B/C的编码产物来调控的,Kai蛋白的表达模式具有节律性。KaiC蛋白磷酸化状态的节律性循环及输入、输出途径相关组成蛋白的翻译后修饰状态节律性循环共同组成其反馈回路,负责维持生物钟节律性振荡的持续进行并与环境周期保持同步。传统的蓝藻生物钟分子机制模型认为,节律性表达基因翻译产物的转录/翻译负反馈抑制环是生物节律性维持和输出的关键。遗憾的是,在其它物种生物钟分子机制研究中未发现由kai基因家族成员同源基因组成的节律性标签,这表明以k aiA/B/C为核心振荡器的生物钟系统并不是一种跨物种保守的生物钟系统。近期,人们发现非转录/翻译依赖的振荡器(NTO)也具有成为生物节律性产生和维持的“源动力”的可能。过氧化物氧化还原酶(PRX)氧化还原状态节律性是第一种被报道的跨物种保守的NTO节律性标签,这也日渐成为蓝藻生物钟分子机制研究新的热点。     

哺乳动物季节性繁殖的内源年生物钟及光敏神经环路研究进展

生活在温带和寒带的哺乳动物在长期的进化过程中形成了季节性繁殖的生活史特征。哺乳动物的繁殖功能主要受到下丘脑-垂体-性腺轴(hypothalamic-pituitary-gonadal axis,HPGA)的调控。视交叉上核(suprachiasmatic nucleus,SCN)能够自发振荡并响应光周期信号的变化,引发褪黑素分泌的改变,并介导下游通路中下丘脑甲状腺激素、Kisspeptin和RF酰胺相关肽(RF amide-related peptide,RFRP)的节律性表达变化,从而调控哺乳动物的季节性繁殖。本文综述了哺乳动物季节性繁殖的内源年生物钟调控,并强调了光敏通路中包括甲状腺激素、Kisspeptin和RFRP在季节性繁殖调控中的重要作用。     

蓝藻生物钟分子机理的研究进展

蓝藻是具有内源性生物钟的简单生物.虽然蓝藻生物钟具有跟真核生物同样的基础特征,但其相关基因和蛋白质与真核生物没有同源性.蓝藻生物钟的核心是kai基因簇及其编码的蛋白KaiA,KaiB和KaiC.这三种Kai蛋白相互作用调节KaiC的磷酸化状态,从而产生昼夜节律信息.KaiC的磷酸化循环是昼夜节律的起博器,调控包括kai基因在内的相关基因的节律性表达.组氨酸蛋白激酶的磷酸化传递可将环境信息输入和将节律信息输出生物钟核心.     

Circadian Oscillations of Molecular Clock Components in the Cerebellar Cortex of the Rat

The central circadian clock of the mammalian brain resides in the suprachiasmatic nucleus (SCN) of the hypothalamus. At the molecular level, the circadian clockwork of the SCN constitutes a self-sustained autoregulatory feedback mechanism reflected by the rhythmic expression of clock genes. However, recent studies have shown the presence of extrahypothalamic oscillators in other areas of the brain including the cerebellum. In the present study, the authors unravel the cerebellar molecular clock by analyzing clock gene expression in the cerebellum of the rat by use of radiochemical in situ hybridization and quantitative real-time polymerase chain reaction. The authors here show that all core clock genes, i.e., Per1, Per2, Per3, Cry1, Cry2, Clock, Arntl, and Nr1d1, as well as the clock-controlled gene Dbp, are expressed in the granular and Purkinje cell layers of the cerebellar cortex. Among these genes, Per1, Per2, Per3, Cry1, Arntl, Nr1d1, and Dbp were found to exhibit circadian rhythms in a sequential temporal manner similar to that of the SCN, but with several hours of delay. The results of lesion studies indicate that the molecular oscillatory profiles of Per1, Per2, and Cry1 in the cerebellum are controlled, though possibly indirectly, by the central clock of the SCN. These data support the presence of a circadian oscillator in the cortex of the rat cerebellum. (Author correspondence: mrath@sund.ku.dk)     

硫化氢信号能够通过生物钟调控拟南芥对冷胁迫的响应

硫化氢(hydrogen sulfide, H_2S)是继一氧化氮(nitric oxide, NO)与一氧化碳(carbon oxide, CO)之后的第3种气体信号分子,在动植物中均发挥着重要的生理功能。生物钟是生物体的内在计时器,对动植物适应环境和生长发育至关重要。鉴于H_2S与生物钟调控的生理过程有较大的相关性,本文以拟南芥(Arabidopsis thaliana)为实验材料,对二者之间的关系进行了探索。结果发现,外源NaHS(H_2S供体)处理能够上调生物钟相关基因CCA1(circadian clock associated 1)和PRR9(pseudo-response regulator 9)的表达,而且在H_2S生成关键酶编码基因缺失的双突变体lcd/des1中,CCA1与PRR9的峰值表达时间明显滞后。CBFs(c-repeat binding factors)是受CCA1调控的冷胁迫响应基因,其表达也受H_2S的调控。lcd/des1中CBF1和CBF3的峰值表达时间延迟,同时在lcd/des1中CBF1、CBF2和CBF3都下调表达。lcd/des1幼苗对冷胁迫表现出更高的敏感性。本文也对拟南芥内源H_2S生成关键酶L-半胱氨酸脱硫基酶(L-cysteine desulfhydrase, LCD)与脱硫基酶1(desulfhydrase 1, DES1)编码基因的转录水平节律性进行了初步的探索。LCD的表达在1 d内未见明显的变化,而DES1的表达有明显的节律性,在早上8:00达到峰值。综上所述,H_2S能够通过调节CCA1与PRR9基因的表达调控生物钟,进而影响下游靶标CBFs基因的表达以增加拟南芥对冷胁迫的耐受性。     

The Circadian Clock Machinery During Early Development of Senegalese sole (Solea senegalensis): Effects of Constant Light and Dark Conditions

Circadian rhythms are established very early during vertebrate development. In fish, environmental cues can influence the initiation and synchronization of different rhythmic processes. Previous studies in zebrafish and rainbow trout have shown that circadian oscillation of clock genes represents one of the earliest detectable rhythms in the developing embryo, suggesting their significance in regulating the coordination of developmental processes. In this study, we analyzed the daily expression of the core clock components Per1, Per2, Per3, and Clock during the first several days of Senegalese sole development (0–4 d post fertilization or dpf) under different lighting regimes, with the aim of addressing when the molecular clock first emerges in this species and how it is affected by different photoperiods. Rhythmic expression of the above genes was detected from 0 to 1 dpf, being markedly affected in the next few days by both constant light (LL) and dark (DD) conditions. A gradual entrainment of the clock machinery was observed only under light-dark (LD) cycles, and robust rhythms with increased amplitudes were established by 4 dpf for all clock genes currently studied. Our results show the existence of an embryonic molecular clock from the 1st d of development in Senegalese sole and emphasize the significance of cycling LD conditions when raising embryos and early larvae. (Author correspondence: munoz.cueto@uca.es; carlos.pendon@uca.es)     

果蝇昼夜节律的分子机制研究进展

果蝇由于遗传易操作性而成为一个研究昼夜节律分子机制的理想模式生物 . 到目前为止,通过遗传学和生物化学方法已经鉴定到 10 多个时钟基因 (clock genes) 和许多时钟相关基因,包括时钟输入基因和钟控基因 . 这些时钟基因以及它们的相应产物组成两个互相依赖的转录 / 翻译反馈环路,从而调节行为和生理的昼夜节律 . 果蝇这种核心钟的工作原理同样见于哺乳动物 .     

昼夜节律钟调控代谢的研究进展

生理和行为的昼夜节律性调控对健康生活是必需的。越来越多的流行病学和遗传学证据显示昼夜节律的破坏与代谢紊乱性疾病相关联。在分子水平上,昼夜节律受到时钟蛋白组成的转录一翻译负反馈环的调控。时钟蛋白通过以下两种途径调节代谢：首先,时钟蛋白作为转录因子直接调节一些代谢关键步骤的限速酶和代谢相关核受体的表达,其次作为代谢相关核受体的辅调节因子来激活或抑制其转录活性。虽然时钟蛋白对代谢途径的调节导致代谢物水平呈昼夜节律振荡,但是产生的代谢物反过来又可以影响昼夜节律钟基因的表达,进而影响昼夜节律钟。深入研究昼夜节律钟与代谢的交互调节可能为治疗某些代谢紊乱性疾病提供新的治疗方案。     

Evidence for Multiple Lateral Transfers of the Circadian Clock Cluster in Filamentous Heterocystic Cyanobacteria Nostocaceae

Cyanobacteria are the first prokaryotes reported to show circadian rhythmicity, which is regulated by a cluster of three genes: kaiA, kaiB, and kaiC. Phylogenetic analysis of the kaiBC cluster in filamentous cyanobacteria of the family Nostocaceae including Nodularia spumigena and Nostoc linckia from Arubotaim Cave, Mt. Sedom, Israel, indicated that this cluster has experienced multiple lateral transfers. The transfers have occurred in different periods of the species evolution. The data obtained suggest that lateral transfers of the circadian clock cluster in filamentous cyanobacteria have been common and might have adaptive significance.