2、斑马鱼的时钟基因

2.1脊椎动物的昼夜节律机制

    有许多基本的相似性研究关于果蝇生物钟和脊椎动物的时钟机制（见图2）[1.2]。在两个时钟的核心是一个周期约24小时的转录翻译反馈循环[22.23]。更具体地说，对于你这个调节回路由贝特正元素（时钟Bmal）驱动负元素的表达（期间（Per）和隐花色素（Cry）），反过来反馈下调自己的表达，所以允许一个反馈回路的新周期的开始。 bHLH PAS结构域转录因子结合时钟Bmal的异源二聚体E盒元件位于Per和Cry基因从而诱导转录的启动子。翻译后，二聚化和易位到细胞核，Per和Cry蛋白质物理相互作用从而抑制由时钟驱动的转录激活：Bmal复杂。控制翻译、翻译后修饰、稳定性、翻转和亚细胞定位都有助于时间这个反馈回路。此外，一个附加反馈回路的存在性，指示BMAL转录的节律性表达往往赋予核心回路的坚固性和稳定性的存在[24]。

   图2。斑马鱼昼夜节律分子机制的研究现状。“核”的反馈回路（包括时钟Bmal的驱动周期节律性表达的异源二聚体（Per）和隐花色素（Cry）基因）与“稳定”反馈回路（其中REV-ERB和RORA基因直接表达的节奏时钟Bmal基因）类似于小鼠生物钟的组织[2]。然而，在斑马鱼中多个拷贝的时钟，Bmal，Per,Cry基因产生更复杂的池调节因素。重要的是，诱导表达的生物钟Cry1a基因和Per2基因，提供了一种机制，因此时钟的功能是光直接调节PER和CRY蛋白池[26.27]。对D盒结合因子TEF调节的表达和功能，从而引导光诱导的时钟基因的表达法[60.71]。TEF的时钟感光体（S）上的确切性质仍不清楚。作为潜在的生物钟细胞其视蛋白，隐花色素基因（cry4）以及光转换含黄素氧化酶，都受到牵连[26.53.57]。

关于脊椎动物的时钟机制的特点是关键的生物钟基因的额外拷贝的存在。因此，在果蝇的单时钟基因（d时钟）是由哺乳动物的时钟和NPAS2代表，而周期是哺乳动物和果蝇的同源基因2。此外，该dPer基因对应三哺乳动物基因的同系物：Per1、Per2和Per3，dCry基因；两哺乳动物同源：Cry1和Cry2[22]。鱼的这种情况甚至更为复杂。发生了基因组复制事件的硬骨鱼系演化过程中导致在许多脊椎动物基因如与小鼠的情况相比斑马鱼的额外的基因复制[25]。在某些情况下，重复基因拷贝后来被演化然而在许多事例中丢失，额外复件在保持。这可能反映冗余与一个函数被共享的额外的基因。另外，重复基因的不同功能和多功能由原来的基因可能分布在“更专业化”的复制中。

2.2多个斑马鱼的时钟基因

   在斑马鱼中存在多个时钟基因很显然在这个物种的cry基因的描述和随后的时钟Bmal和Per基因（见图2和表1）。六个被鉴定的Cry基因分别为：基因1b，2a，2b，3和4[26]。Cry1a，1b，2a和2b在哺乳动物mCRY基因中分享大部分的序列同源性和功能测试证实他们也重新按时钟Bmal被转录激活。有趣的是，剩下的两个Cry蛋白，Cry3和Cry4不抑制时钟Bmal的活化。同时Cry3基因与哺乳动物的晶体分享基因序列相似性，Cry4更类似于果蝇的Cry。在果蝇中，Cry行为是蓝色光的感光体和永恒的相互作用（提姆），继而转为Cry行为转录抑制因子。Cry在DRO索菲拉感光已经导致一些猜测，斑马鱼cry4可能作为一个感光的作用（见4.2节）。以及功能和序列发散，各种各样的Cry基因其不同的基因表达模式的变化是有节奏的[26]。因此，Cry3显示峰在早晨表达，Cry1a,1b和4d的显示峰在光相位的中间表达，Cry2a和2b的显示峰在晚上表达。Cry1a是显示光驱动的表达方式，而其余的Cry基因主要是时钟调节。事实上，光诱导表达Cry1a似乎代表了一个关键的机制夹带光和高振幅循环的维护（图2）[27]。这些功能地区的互动的结果是从Cry1a能力与时钟Bmal激活关键，从而防止其形成阻碍其反式激活E盒增强子的能力[27]。一起，这些观测点的各种Cry基因的发散功能。随后，3个时钟基因（时钟1a，1b和2以前被分别确定为时钟1、2和3）和3Bmal 基因（Bmal1a基因，1b和2，以前被分别确定为Bmal1,3和2）已经确定并已显示在不同的异源二聚体相互作用的成对组合[28-31]。这些异源二聚体显示不同的激活性能和效率的差异，它们抑制晶体如Cry1A。这种基因，情况也很复杂，两个Per1基因（per1a和1b）与单个Per2和Per3基因表达模式，表现出不同的空间[32]。此外，而Per2是光驱动的基因，其余的Per基因主要是时钟调节。Per2在特定的功能是已被证明的功能结合Cry1A作为光的输入途径的因素以及胚胎发育过程中在松果体时钟的早期发展中的重要作用[27.30.33.34]。因此，在晶体的情况下，联合的证据似乎指向功能专业化的不同时期基因。第一个时钟基因被克隆的斑马鱼，表达模式clock1a，还提供与鼠相比在核心转录翻译反馈环路在斑马鱼组织显著差异的第一个迹象[35]。clock1a的测试在所有组织中的表达（与睾丸除外）表现出在明暗过渡的峰值强劲的节奏。对于其他的斑马鱼时钟Bmal基因家族成员也观察到类似的模式[36]。与此相反，在哺乳动物的Bmal中，没有时钟显示节MIC mRNA的表达情况[37]。有趣的是，对生物钟基因数量的扩张和增加个人的时钟基因的功能专业化鱼是伪反应调节的情况类似（PRR）植物的生物钟基因家族[38]。