时钟基因调控瓦氏黄颡鱼蛋白和脂肪代谢的分子机制

In some organism’s longevity, growth, and developmental rate are improved when they are maintained on a light/dark cycle, the period of which “resonates” optimally with period of the endogenous circadian clock. This study uses the fish self-feeder system to determines the feeding behavior (feeding time, feeding frequencies and food intake) in Pelteobagrus vachelli, clones clock gene (clock, period, cryptochrome and bmal1) by reverse transcription–polymerase chain reactions, analyzes the effect of light and feeding on the clock gene expression in different tissues, investigates the possible mechanism that clock gene regulate the energy, protein and lipid metabolism, and then clarifies the effect of feeding regime on feeding behavior and nutrition metabolism. This study aims to reveal the molecular biology of the clock gene in feeding behavior systematically, investigate the possible mechanism in circadian rhythms regulating the protein and lipid metabolism, understand feeding behavior response mechanism to feeding regime, manage the optimal feeding regime, and finally improve the utilization of the protein and lipid in feeds for Pelteobagrus vachelli.

动物的生理节律能调控机体营养素代谢，影响生长和发育。阐明摄食节律行为影响鱼类营养素代谢的机理，鱼类摄食节律响应投喂模式的规律，有助于提高养殖鱼类对饲料营养素的利用率。因此本研究拟采用自动摄食记录系统确定瓦氏黄颡鱼摄食时间、摄食频率和摄食量等节律行为后，克隆clock、period、cryptochrome及bmal1等时钟基因，分析光照和摄食调节时钟基因时空表达模式，阐明时钟基因调控其摄食节律行为及分子生物学基础；分析时钟基因调控机体蛋白和脂肪等代谢相关的激素、蛋白及基因表达，阐明摄食（昼夜）节律调控瓦氏黄颡鱼能量代谢和蛋白质、脂肪代谢差异的可能机制。在此基础上，探讨投喂频率、投喂时间、投喂质量等影响时钟基因及摄食节律行为变化的规律和营养代谢响应机理，弄清投喂模式影响瓦氏黄颡鱼生长的行为学机理，阐明投喂模式影响饲料蛋白和脂肪利用效率的机理，建立瓦氏黄颡鱼科学投喂模式。

本项目采用余弦函数Y = M + A ×cos(Ω t+ Φ )探讨了瓦氏黄颡鱼时钟的昼夜表达节律；分析了投喂时间对瓦氏黄颡鱼生长、血清生化因子影响；阐述了昼夜节律和摄食时间对、脑、肝脏和肠道等组织中节律、营养素代谢（蛋白、脂肪和碳水化合物等）相关基因表达节律的影响；开发了一种监测鱼类摄食时间和频率的分析仪及软件（专利号：ZL 2015 2 1068739.2；软著号：2016SR153455）。研究表明，调控瓦氏黄颡鱼生物节律的时钟基因CLOCK、PERIOD1、PERIOD2 及CRYPTOCHROMEs均呈现明显的昼夜节律。瓦氏黄颡鱼血清中白蛋白、葡萄糖、甘油三酯、总蛋白均呈现明显昼夜节律，且投喂时间会影响白蛋白、葡萄糖、甘油三酯、总蛋白等血清生化因子的昼夜节律。夜间投喂能促进瓦氏黄颡鱼肝脏组织和肠道的122和1,125个基因显著上调表达，显著降低59和364个基因的下调表达，肠道中的差异基因主要与蛋白、脂肪、糖及维生素等的消化、吸收和转运密切相关，肝脏中的差异基因主要与蛋白、脂肪和糖等分解和合成代谢密切相关；夜间投喂能增强肝脏蛋白和脂肪合成，消耗更多的血糖用于供能。因此，研究设定的夜间投喂时间（20:00）可能同步于或接近瓦氏黄颡鱼摄食节律的峰值时间，增强了对营养素的消化和吸收效率，因而能显著促进瓦氏黄颡鱼的生长。本研究为建立该养殖品种的精准投喂模式奠定了理论基础；为深入交叉研究鱼类的摄食行为节律与营养生理具有十分重要的意义。