蛙启动和维持冬眠的生物钟调节机制:外因诱导与节律调控

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    31270457
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    79.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    C0303.生理生态学
  • 结题年份:
    2016
  • 批准年份:
    2012
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2013-01-01 至2016-12-31

项目摘要

Hibernation is one of survival strategies for avoiding the risks from adverse conditions in winter. However, it is an interesting and profound question that how frogs adjust themselves to adapt to the environment that could induce them to hibernate. Here, we will investigate the initiating and sustaining hibernation mechanism in two temperate zone frog representative species, from the point of view of circadian clock genes control to circadian rhythms of sugar metabolism, immunity activity and hormone secretion. The main research focuses on the molecular system of master and peripheral clock and its feedback mechanisms of the frog hibernators in hibernating or non-hibernating state, mainly involving the relative clock genes including two key transcription factors including Clock and Bmal1, feedback regulators like Cryptochrome (Cry) and clock control factor like Arginine vasopressin. There are two key scientific questions we try to answer. One of the questions is how hibernation will be initiated, and the reason is due to that the organism could feel a mismatch between the external and its inner rhythms, or due to resetting of circadian clock according to environmental changes? The other question is that whether the frogs could inhibit metabolic level and block rhythms signal output by closing circadian rhythm clock or not,for sustaining hibernation and simultaneously saving energy ,and whether they could eliminate the bondage of circadian clock when they perceive environmental stimulation again? These results of our project will not only help improve theory knowledge about animal hibernation, but also provide a new theoretical basis for exploration on global amphibian endangered mechanisms.
冬眠是动物为规避冬季不利条件带来的风险而发展出的重要生存策略之一。那么,蛙类究竟是怎样在环境诱导和自我调节下进入冬眠的?这是一个有趣且深奥的问题。本项目以两种温带蛙类代表物种为研究对象,拟从生物钟基因对糖类代谢、免疫活性、激素分泌的昼夜节律控制的角度来研究蛙类冬眠的启动与维持机制。重点研究蛙在冬眠和非冬眠状态下母钟和子钟的分子模式系统(包括关键转录因子Clock与Bmal1、反馈调节子Cry和生物钟控制因子精氨酸加压素)和相关反馈环机制。拟解答的关键科学问题:(1)冬眠究竟是因为机体感知到环境变化与内在生物钟节律发生了错位还是因为生物钟被重调才启动的?(2)蛙是否会通过关闭生物钟来降低代谢水平和阻断节律信号输出以维持冬眠,同时达到保持维持体能的目的,以及当再次受到环境刺激后是否会解除对生物钟的束缚?对这些问题的研究有助于完善动物冬眠的理论知识,还可为两栖类濒危机制研究提供全新的理论依据。

结项摘要

为探索蛙类生物钟分子系统的运行特征以及在冬眠启动和维持中的角色和功能,研究了代表性物种在人工授时条件下和野外冬眠后繁殖期核心生物钟基因和激素分泌的节律变化,以及冬眠前后和人工冬眠初期和中期神经系统和外周系统生物钟、钟控基因以及激素分泌的节律变化,并尝试研究了特定光谱等对生物钟的调节机制。.1.中华大蟾蜍在人工授时下神经视网膜和脑内大多数核心生物钟基因存在明确的昼夜变化,但肝脏钟基因表达则无明显节律,而且血清褪黑素水平在黑暗前夕达到峰值。这表明蛙类应当存在与类似哺乳类的以正、负反馈环为核心的生物钟分子振荡机制,且具有夜行性特征。另外,在野外条件下发现蟾蜍雌雄个体在繁殖末期脑内生物钟基因表达水平和血清皮质酮水平均显著升高,但性激素水平则无明显变化,暗示繁殖期生物钟的变化可能与糖皮质激素系统密切相关。.2.蟾蜍作为地下冬眠代表物种,脑内分子钟系统对冷刺激的敏感性要明显高于肝脏,但冬眠中脑钟系统基本处于停止或处于无序状态,而肝脏钟系统和外周血皮质酮水平却表现出强劲而有序的振荡,说明当蟾蜍生物钟在接受到环境低温信号后未表现出温度补偿,且外周钟在冬眠状态下会脱离中枢生物钟的控制而自主运行。棘胸蛙作为水下冬眠代表物种,视网膜和脑内生物钟基因表达在冬眠中仍然具有明显节律,说明水环境中冬眠的蛙类神经系统生物钟仍受光的调控,而肝脏钟基因在冬眠中表达节律都不显著,这与蟾蜍明显不同。.3.蓝光和绿光对蟾蜍Per2的表达影响较大,而蓝光和红光对Cry1基因表达影响较大,说明光因子实现对两栖类生物钟的调控主要通过特殊波段的光谱发挥作用。. 综上所述,冬眠中生物钟的自主运行对温带蛙类的成功越冬发挥了至关重要的作用。冬眠可被看作是蛙类在生理上从一种节律内稳态进入另外一种节律内稳态的过程,由冬眠诱导的生物钟系统的适应性改变能够影响和协调包括抗氧化功能、糖代谢等多方面生理过程的节律性,从而提高冬眠者的越冬成活率。

项目成果

期刊论文数量(5)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
牛磺酸对泰国虎纹蛙体内消化酶活力的影响
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2013
  • 期刊:
    湖南农业科学
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    庄建洲;颉志刚;凌云
  • 通讯作者:
    凌云
高温刺激对蟾蜍免疫活性和能量消耗的影响
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
    生态学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    肖锋;颉志刚;庄建洲
  • 通讯作者:
    庄建洲
野生与养殖的棘胸蛙免疫、抗氧化能力及能量蓄积的比较
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2013
  • 期刊:
    湖南农业科学
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    叶圣涛;颉志刚;庄建洲
  • 通讯作者:
    庄建洲
棘胸蛙(Quasipaa spinosa)对重复急性冷暴露的生理应激与适应耐受
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    生态学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    颉志刚;王永鹏;王娜;郑荣泉
  • 通讯作者:
    郑荣泉
野生棘胸蛙消化器官蛋白酶的分布及酶活力
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    动物学杂志
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    谢展望;颉志刚;胡一中;郑荣泉
  • 通讯作者:
    郑荣泉

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其他文献

冷暴露对虎纹蛙非特异性免疫应答的影响
  • DOI:
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  • 发表时间:
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  • 期刊:
    安徽农业科学
  • 影响因子:
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  • 作者:
    颉志刚;王存盼;李小玲
  • 通讯作者:
    李小玲
影响鱼类饲料维生素C需求评估的因素分析
  • DOI:
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  • 发表时间:
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  • 期刊:
    湖北农业科学
  • 影响因子:
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  • 作者:
    牛翠娟;颉志刚
  • 通讯作者:
    颉志刚
低温暴露和恢复对棘胸蛙(Paa spinosa)雌性亚成体生存力及能量物质消耗的影响
  • DOI:
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  • 发表时间:
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  • 期刊:
    生 态 学 报
  • 影响因子:
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  • 作者:
    邵晨;凌云;王娜;颉志刚
  • 通讯作者:
    颉志刚
细菌刺激对棘胸蛙GLO活力及肝肾VC含量的影响
  • DOI:
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  • 发表时间:
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  • 期刊:
    贵州农业科学
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王存盼;颉志刚;李小玲;邵晨
  • 通讯作者:
    邵晨
低温胁迫下虎纹蛙(Hoplobatrachus rugulosus)的生存力及免疫和抗氧化力研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    生 态 学 报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    凌云;颉志刚;程东海;邵晨;王娜
  • 通讯作者:
    王娜

其他文献

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颉志刚的其他基金

蛙免疫系统对暖冬诱导的冬眠期应激的响应机制
  • 批准号:
    30800129
  • 批准年份:
    2008
  • 资助金额:
    19.0 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目

相似国自然基金

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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