粗糙链孢霉生物节律对短光照周期的适应及机制研究

摘要

目的：生物节律是地球上绝大多数生物适应环境昼夜变化的内在机制与表现.尽管不同生物近日节律的自运行周期不同,但在昼夜交替环境下都会表现出24小时的生理和行为节律.在非24小时周期的极端环境里,生物节律的周期、相位及振幅等参数都会发生改变. 方法：以粗糙链孢霉为材料,首先分析了在不同T周期下粗糙链孢霉的适应性,发现粗糙链孢霉的生长并非在24小时周期下最快,但是粗糙链孢霉在LD12∶12条件下无性微孢子所占比例最高. 结果：进一步分析了粗糙链孢霉的导引范围,揭示粗糙链孢霉在很短的光暗周期下(LD＜2∶2)仍然会表现出孢子释放节律,但是其生物钟核心蛋白FRQ的表达及磷酸化节律仅在T≥LD3∶3时周期被T周期导引,当T周期＜LD3∶3时FRQ的节律出现周期接近24小时的自运行.通过实验及建模分析，发现在T周期＜LD3:3时粗糙链抱霉所表现出的周期与DD条件下的周期存在差异，提示在短周期条件下检测自运行周期可能存在较大偏差。检测了生物钟基因缺陷菌株在一系列短周期环境下抱子释放节律的变化，结果显示在这些缺陷菌株里抱子释放节律仍然可以被导引，提示短周期下抱子释放节律的调控机制是独立于近日生物钟的。但是，泛素化E3连接酶FWD-1缺陷菌株在T周期＜LD6:6时抱子节律丧失，说明调节短光照周期导引的因子受到FWD-1的调控。还在对多个光感受器相关的突变菌株进行分析，以从中鉴定出短周期下的节律控制因子。 结论：本工作的研究成果对于理解生物节律的基本调控机制具有重要意义，同时也可为极端环境如近地轨道飞行等特殊条件下的节律研究提供依据。