斑马鱼胚胎生物钟分子遗传和基因组机制的研究

生物钟是以大约24小时为周期的生物节律。人类对生物钟调节机制的认识主要来源于对果蝇和小鼠等分子遗传的研究。斑马鱼作为一种重要的模式动物, 给生物钟分子遗传和基因组机制的研究提供了新的机会。斑马鱼具备胚胎生物钟。本项研究在美国多年研究工作的基础上，（1）从分子，生理和行为等水平分析斑马鱼时钟基因per1b无效突变体；同时将利用反转录病毒插入诱变和吗啉环修饰基因敲降等技术从分子，遗传，生理和行为水平研究其他9个斑马鱼时钟基因。（2）利用高通量的深度测序，整体原位杂交和实时定量PCR等技术率先对斑马鱼胚胎进行转录组生物钟解析，发现在胚胎生物钟起作用的新的时钟基因或时控基因, 并精选一些新基因进行分析, 而阐明斑马鱼生物钟新的调节机制。该研究将把对斑马鱼生物钟特别是胚胎生物钟分子遗传，基因组机制的认识提高到新的高度，而且能够帮助洞悉生物钟在胚胎发育中尤其是在人的胚胎和胎儿发育中的调节的作用。

我们圆满并超额完成了基金项目预定的各项任务。首先我们对我们所拥有的世界上第一个斑马鱼生物钟无效突变体per1b进行了深入细致的生理生化分析，提示了生物钟调控大脑多巴胺合成代谢及多巴胺能神经元发育的分子机制，阐明了per1b基因的行为学功能，为临床上ADHD患者往往伴有生物钟问题这一现象提供了理论依据，从而建立了第一个斑马鱼ADHD疾病模型，相关研究结果已经被国际知名神经科学杂志The Journal of Neurosciences接受发表。第二，我们采用最新的TALEN或者CRISPR/Cas9定点突变技术建立了全套斑马鱼核心生物钟基因突变体，及部分其它生物钟环路突变体，共计20多个；同时已经获得了多种类型的双突变体，并对其中多个突变体进行了高能量转录组测序分析，为充分揭示斑马鱼生物钟调控的分子机制打下了最为坚实的基础，为建立生物钟相关疾病模型迈出了最关键的一步。第三，我们首次发现斑马鱼period2基因具有正向调节生物钟的作用，为进一步全面揭示斑马鱼生物钟调控机制作了重要的贡献和补充，相关研究结果已经在国际权威期刊The Journal of Biological Chemistry发表并引起了国内媒体广泛的关注。第四，我们全面、系统地揭示了斑马鱼核心生物钟基因cry的基因组进化机制及其基因功能，相关研究成果已经被知名期刊Scientific Reports接受发表。最后，为了进一步拓展本项目的研究成果，我们在圆满完成既定任务的前提下，对斑马鱼生物钟调节生理生化机制进行了深入的研究，阐明了斑马鱼关键生物钟基因rev-erbα通过直接控制自噬关键基因ulk1a的表达参与调节自噬进程，为进一步揭示生物钟与衰老的关系作出了重要贡献。