基于斑马鱼模型的节律行为学研究(2)

(4)斑马鱼的基因组测序已经由英国科学家完成。在进化过程中,很多哺乳动物中的致死基因却在斑马鱼的基因复制过程中保留了下来,因此也可以在斑


(4)斑马鱼的基因组测序已经由英国科学家完成。在进化过程中,很多哺乳动物中的致死基因却在斑马鱼的基因复制过程中保留了下来,因此也可以在斑马鱼这一模式生物上进行一些在其他动物中无法进行的试验[1]。而且,神经系统的发育过程与人类比较相似,因此,研究与神经系统有关的疾病(如帕金森疾病、小儿多动症等)均可以采用斑马鱼作为模式生物。

(5)随着科学技术的迅速发展,很多与斑马鱼有关的遗传技术正在被应用。如:Talen技术和Cas9技术的应用也使得我们可以快速获得理想的突变体[2, 3],同时,Tol2转座子等其他实验技术的完善也对遗传研究方面大有帮助[4, 5]。许多实验者已可以构建斑马鱼突变株,以进行更加深入的实验。

1.2 帕金森疾病简介

帕金森(PD)是一种与神经系统相关的疾病,多出现在老年人群中,40岁以下的人群中很少见。当出现临床症状时,患者体内一般会出现中脑黑质多巴胺(DA)能神经元变性死亡、纹状体DA含量显著性减少等变化,这也可能就是帕金森的患病原因。如今,已有不少实验者开始以此为切入口来研究帕金森的患病机制。

1.3 行为学相关研究简介

1.3.1 斑马鱼行为学研究

一直以来,斑马鱼行为遗传学研究都受到了广大研究者的喜爱。因为,斑马鱼的神经系统发育与人类的神经系统发育有着很多相似之处,而神经系统的异常往往就会导致动物的行为发生变化,换句话说,动物的行为不正常很可能就是神经系统受到了损伤。那么,我们就可以通过人工药物干预或通过其他途径干预斑马鱼神经系统的发育,并通过观察其异常行为来找到两者之间的联系,这其中的联系对于临床上治疗神经性疾病也具有重大意义。

1.3.2 幼鱼行为学

除了斑马鱼成鱼行为学之外,斑马鱼幼鱼行为学研究也被广大研究者所喜爱。斑马鱼幼鱼可用来研究环境因素及遗传因素对动物行为的影响。尤其各种高分辨率成像系统的越来越先进,更为斑马鱼幼鱼的行为学观察提供了很大的技术支持。幼鱼行为学实验一般是将孵化后的斑马鱼幼鱼放入多孔孔板(32well/96well plates)中,通过精密的系统来观察斑马鱼幼鱼行为,并通过仪器将其量化成一系列实验数据,再运用统计学上的知识处理实验数据并得出相关实验结论。此种方法也可用于研究某种刺激因素或威胁因素对斑马鱼幼鱼的行为影响。斑马鱼幼鱼的行为测定已然成为流行趋势,其中,若干研究聚焦在感觉行为和运动功能发育方面[6],以及反射行为和学习记忆的发育机制,少数通过多孔板在斑马鱼发育时期进行大规模的化学物质在毒理学和药理学上的筛选[7, 8, 9]。

1.3.3 运动活性

动物的运动活性在饮食、群居、运动定向中占据着重要的位置[10, 11]。目前,斑马鱼幼鱼运动活性的遗传机制和特征已经被生物学家阐明清楚,即斑马鱼胚胎孵化完成后第18h时胚胎开始自发性收缩,24h时出现颤动,48h时胚胎开始触碰头部反应(tail-filp)。其他研究也总结出斑马鱼幼鱼运动活性的特色反应[12, 13, 14, 15, 16, 17]。另外,相当多的实验工作者通过自发运动活性来检测光刺激效应和节律震荡周期,如Prober(2006)将斑马鱼鱼卵在孵化后第四天放入96孔板中观察[18],运动活性参数设置为高活性(1min>1s运动)、低活性(1min内有1s运动)及无活性(1min中没有运动),发现在正常光照条件下,幼鱼一般会在第五天时出现强的运动活性周期变化。又如,Colwill和Creton使用自动成像系统观察4天大和7天大的斑马鱼幼鱼的运动活性和运动空间变化,将幼鱼放置在12孔孔板中每一个小时间隔6s记录一次,研究发现斑马鱼的运动活性和空间变化,最后发现年龄大的斑马鱼幼鱼表现更好。另外还有Mac Phail小组运用自动成像系统观察孵化后6天大的斑马鱼幼鱼在96孔板中24h内的运动活性[19]。实验证明在间隔一小时条件下,早上斑马鱼的运动活性最大,在中午1:00-3:00时斑马鱼的运动活性保持在稳定的活性水平;在早上处于高活性,晚上处于低活性;在黑暗环境时,斑马鱼的运动活性突然增加到峰值,保持4 min-20 min后活性降低,并且斑马鱼幼鱼对于光照强度十分敏感。斑马鱼的这种运动活性规律可以一直持续到成鱼期。