一、选题背景与意义

1.历史背景生物钟，也称生物振荡器。这是一种近昼夜节律，受外界因素，尤其是光的调节。当没有外界因素存在或一直处于黑暗的状态下，生物体内的各种活动仍然具有节律。由此可见，生物节律是由其内在的生物钟所控制的。从单细胞生物到多细胞生物，从原核生物到真核生物，这种昼夜节奏现象在生物界中广泛存在。因此关于它的特征、意义和机理的研究日益受到人们重视。昼夜节律振荡器是一个内源性的时间保持机制，推动二十四小时有节奏的变化，基因的表达，代谢，激素水平，和体力活动。我们研究已知调节昼夜节律，为了更好地了解生物钟在脊椎动物中程基因表达的发育过程。爪蟾作为生物医学和行为学研究的模式生物，具有许多优点，是目前常用的模式低等脊椎动物。易于实验室养殖、可诱导产卵、胚胎体外发育、产卵量大(一次几千枚)、胚胎体积大(直径约1.2mm)而易于显微操作、发育周期短、可进行在体观察等优点，被认为是发育生物学研究的几大模式生物之一，非常适合脊椎动物发育生物学研究。爪蟾已经成为胚胎学、发育生物学、功能基因组学等研究领域的重要模式生物。

2.国内外研究现状生物钟是20世纪生物学领域新发型的课题之一，也是最诱人的研究课题之一，生物钟存在于小到细菌，大到高等动植物和人类之中。但是，生物钟对脊椎动物，尤其是对脊椎动物早起发育过程中的影响尚缺乏深入了解。目前，爪蟾研究在生物医学上的应用较为普遍，在医学基础和临床及药物筛选研究中占有重要地位。作为模式生物研究的爪蟾主要有两种：非洲爪蟾和热带爪蟾，它们是两个亲缘关系相近的两个不同的种。现阶段大多数研究致力于爪蟾的生物医学效应、行为学的表型特征等。以此为前提，通过研究生物钟对爪蟾等两栖动物的行为学的影响，已成为国内外研究热点，生物钟影响其基因表达，进而影响其生长发育和蛋白表达，从而在行为学研究中发挥越来越重要的作用。由于爪蟾具有胚胎发育全过程可以体外观察，容易对胚胎进行显微注射等优点，同时很多重要的基因与人的基因具有同源性。生物节律普遍存在于生物的各级水平,是生命科学的重大基础理论问题。由于钟基因的发现和活动规律的揭示,使这问题的研究获得突破性进展。昼夜系统由一系列钟基因及其编码的蛋白质组成,彼此相互作用,构成一个或多个反馈回路,以近于24小时的周期进行振荡。现阶段，利用爪蟾进行基因功能研究的方法主要有两种：基因过表达和抑制基因表达技术。免疫组织化学技术(以下简称免疫组化技术)以其特异性、敏感性强及操作简便等优点得到了最为广泛的推广和应用。它不仅提高了病理诊断的准确性,也渗透到了基础和临床学科,在探讨疾病的病因学、发病机制及科研工作中起到了不可估量的作用。

3.发展趋势在应用方面,生物钟基因的研究有助于对遗传性疾病的了解。钟基因突变可使机体昼夜周期延长或缩短,从而造成机体与环境失同步,导致精神性疾患,如神经分裂症、双极症、抑郁症和季节性情绪障碍等。通过基因改造治疗遗传病是一条新的医疗途径。

鉴于爪蟾作为发育生物学动物模型的诸多优势，运用爪蟾胚胎进行生物钟对其行为及神经环路影响的研究将具有较大的潜力，通过观察其行为学和蛋白表达量的不同，可通过使用不同的光照时间处理发育过程中的蝌蚪，检测蝌蚪对光点刺激的回避反应情况，观察改变光照时间是否调节行为学变化和用不同光照时间处理蝌蚪，并提取其视顶盖蛋白，用H3K9、H4K12和HDAC1等抗体测其蛋白表达量，和正常光照时间的蝌蚪进行对比，分析生物钟变化对神经系统中枢蛋白表达的影响等的研究。通过这些检测结果，研究生物钟对爪蟾行为学及神经环路的影响，为今后建立一套检测生物钟对脊椎动物影响的科学方法奠定良好基础。