基于昼夜节律钟基因突变体的家蚕生物钟与滞育代谢的整合机制研究

The circadian signal pathway is closely related to the metabolic regulation. How the zeitgeber like temperature and light can relate to endocrine metabolism is a key scientific issue. It is almost blank and plays an important role in sericulture production and pest control. In this project we choose diapause, which is a prepotent character to reveal the relationship between circadian clock and metabolic regulation. Then we establish genetic mutations of BmN cell lines, which silence the core circadian genes like Per, Tim and Cry consistently. After that, we will study the relationship between circadian clock genes and diapause metabolism which is independent of endocrine system. Furthermore, we will establish the genetic mutation strains of Bombyx mori such as Per and Cry knockout mutants to research the carbohydrate metabolism changes, which is a characteristic diapause metabolic change. Also, we can dig more output pathway members of circadian clock, and then establish the relationship between endocrine metabolism and diapause metabolic. This work will establish a technology platform for further investigation about temperature zeitgeber.

生物钟信号途径与生物代谢和功能调控密切相关。温度和光照等生物钟授时信号，如何在分子水平输出并与家蚕内分泌代谢途径发生关联，是一个几乎空白、同时影响养蚕生产和害虫防治应用的关键科学问题。本项目选择家蚕滞育这一研究生物钟信号途径对代谢调控的优势性状，通过建立持续性干涉核心钟基因Per, Tim和Cry的遗传突变卵巢细胞系，研究不依赖于内分泌调控的生物钟系统与滞育代谢的联系。进一步建立敲除Per或Cry的遗传突变体家蚕，阻断生物钟输入通路和核心振荡器作用，比较研究突变体蚕蛹组织及所产卵的糖代谢这一滞育特征性代谢变化，挖掘家蚕生物钟系统的输出通路成员和糖代谢调控因子，探讨生物钟系统与内分泌系统对滞育代谢的协同调控机制，为深入研究温度授时因子的作用机制建立技术平台。

项目背景：生物钟信号途径与生物代谢和功能调控密切相关。授时生物钟信号温度和光照，如何在分子水平输出并与家蚕内分泌代谢途径发生关联，是一个几乎空白、同时影响养蚕生产和害虫防治应用的关键科学问题。.主要研究内容：建立敲降 BmPer, BmTim和BmCry的遗传突变BmN卵巢细胞系，研究不依赖于内分泌调控的生物钟系统与滞育代谢联系。建立敲除BmPer或BmCry的家蚕遗传突变系，阻断生物钟输入通路和核心振荡器作用，比较研究突变体蚕蛹组织及所产卵的糖代谢这一滞育特征性代谢变化。.重要结果及其科学意义：.（1）建立了持续性干涉核心钟基因BmPer，BmCry1，BmCry2和BmTim的4个家蚕BmN细胞遗传KD突变系和敲除BmPer和BmCry1基因的2个家蚕KO遗传突变纯系。搭建了研究生物钟系统与内分泌，生物钟与滞育代谢联系的特色生物平台。.（2）发现了家蚕生物钟成员CLK/CYC转录调控内分泌激素JH、MH和DH的分子证据。揭示了抑制BmPer基因表达，通过阻遏糖代谢减缓家蚕BmN细胞周期进程和细胞生长的机制。这不仅是养蚕学领域、也是生物钟领域率先提出这一机制证据的工作。.（3）深入揭示了不依赖温度的光周期调控家蚕卵孵化节律的分子机制，创新了养蚕生产和鳞翅目农林害虫防治的利用切入点。.（4）发现了KO家蚕 BmCry1基因延长世代周期的表型变化，KO家蚕BmPer基因降低了温度和光照对滞育的决定作用，建立了生物钟系统通过内分泌系统与滞育代谢的联系。揭示了生物钟系统通过影响NSC-CA-PG和NSC-CA神经-内分泌系统的PTTH及MH和JH合成与分泌，NSC-SG系统的DH分泌，影响家蚕生长发育速度和滞育的机制。这是家蚕中发现的鳞翅目昆虫完全不同于哺乳动物，也区别于果蝇的一种作用机制。