HU-BBS: 徐小冬教授深度解讀多物種生物鐘

2021-01-17 河南大學新聞網

揭示多物種生物鐘奧秘,探索周期節律生物學意義。總第21期、2020年第7期「河南大學生物&醫學午茶會」(Henan University,Biweekly BioMed Seminar,簡稱「HU-BBS」)7月30日在生命科學學院B201會議室舉行。生命科學學院/省部共建作物逆境適應與改良國家重點實驗室徐小冬教授應邀作「生物鐘與環境適應性調控」主題報告。生物學、基礎醫學、藥學、數學、材料學、計算機科學與技術、心理學等多學科專家學者40餘人共享學術盛宴。第一附屬醫院設分會場,神經內科的青年研究型臨床醫生近20人通過騰訊會議在線集中收看報告並參與討論。

報告伊始,徐小冬介紹生物鐘通過生理生化和行為學多層面的近日節律調控,維持組織穩態,增強物種的環境適應性,以及人類的健康;生物鐘與環境信號的同步化是國際普遍關注的關鍵科學問題。報告從「生物鐘的起源-自然界的周期節律現象的產生」「生物鐘的發現-時間生物學研究簡史」「生物鐘的分子機理-諾獎得主等科學家的學術貢獻」「生物鐘的功能」「國際和我國生物鐘領域當前研究熱點」等五個方面詳細講述了跨物種跨學科的生物鐘研究的進展,以及個人課題組在植物生物節律領域的研究成果。生物鐘,是機體內的時間調控機制,通過產生近日節律、月節律、季節節律參與了幾乎所有的生物學過程。不同物種在進化中均保留有生物鐘,調控包括睡眠、飲食和機體免疫反應等多種行為。生物鐘使得機體生理活動能夠「預測」晝夜、季節的周期性信號並及時作出相應。生物鐘調控的周期節律具有三個基本特徵-自主維持、可被馴化、以及溫度補償。果蠅中調控周期節律的核心作用機制是-生物鐘基因period,編碼生物鐘蛋白PER,PER蛋白在夜間富集並轉錄抑制period基因的表達,二者形成轉錄-翻譯反饋環路(TTFL)。眾多物種的生物鐘基因和蛋白是平行進化的,但是卻殊途同歸共用相似的分子調控機制。最後徐教授介紹了自己課題組在「植物生物鐘基因LNKs表達調控」、「生物鐘與環境信號相互應答調控機制」、「植物生物鐘參與作物生長發育及環境適應性調控的定量遺傳學研究」相關工作。

徐小冬長期從事生物鐘與環境適應性調控研究,在國際相關學術領域取得了一系列創新性研究成果,在作物逆境適應與改良國家重點實驗室建有高通量生物節律分析平臺,包括生物發光檢測儀、生物發光成像、葉片運動節律檢測、單細胞成像節律檢測等設備,可應用與動植物細胞樣品的相關研究。

討論環節中,徐小冬就基礎醫學院李霞教授提出的「實驗中如何設計排除周期節律的影響」、生命科學學院魏建設教授提出的「兩個蛋白動態互作的實驗方法以及調控機制」、王彥明教授提出的「動物細胞中鈣離子穩態的研究」等問題一一作答,各位學者暢所欲言,分享各自的見解,學術氛圍濃厚。一附院神經內科臨床專家擬就睡眠問題與徐小冬教授開展合作研究。

據悉,上世紀70年代,美國科學家傑弗裡C •霍爾 (Jeffrey C. Hall)、麥可•羅斯巴什(Michael Rosbash)和麥可W•揚(Michael W. Young)三位科學家闡明了生物鐘調控晝夜節律的分子機制,在生理及醫學領域相關研究具有重要的理論意義。2017年10月2日,三位科學家獲得了2017年諾貝爾生理學或醫學獎,以表彰他們在「發現了生物鐘的分子機制」。

徐小冬,就職於河南大學生命科學學院/省部共建作物逆境適應與改良國家重點實驗室,教授,博士生導師。2002年博士畢業於河北師範大學細胞生物學專業,2002-2010年分別於美國範德堡大學、美國達特茅斯學院做博士後,從事生物鐘與植物生長發育調控研究,以第一作者在PNAS, Plant Cell,以通訊責任作者在Plant Cell, Plant & Cell Environment, JIPB等學術期刊發表多篇研究論文。2013年教育部 「新世紀優秀人才支持計劃」,2015年教育部 「全國優秀教師」。


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  • 生物鐘是座什麼鍾
    像日常我們見到的時鐘一樣,這個充滿魔力的生物鐘也是可以看得到的。在英國廣播公司(BBC)拍攝的一期探尋「生物鐘的奧秘」的紀錄片裡,來自英國醫學研究委員會的麥可·黑斯廷斯展示了它跳動的圖像。它看起來還沒有米粒大,按照一定的節奏開開合合,就像跳動的心臟。    牛津大學神經科學教授拉塞爾·福斯特將這種律動比喻成「交響樂團的指揮所發出的有規律的節拍」。
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  • 生物鐘,與心理健康...
    研究通訊作者、埃克塞特大學醫學院Mike Weedon教授說:「這項研究突出了大量可以更詳細研究的基因,以進一步確認個體生物鐘之間的差異性。在這項研究中,我們已經提供了迄今為止最強有力的證據,證明『夜貓子』面臨更高的心理健康問題風險,例如精神分裂症和較差的心理健康狀況。」
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    植物是地球上早期出現的生命形式,也是食物鏈最底層的物種,它們的養料來源於陽光、空氣和水,它們都需要太陽光能來進行光合作用,因此植物的晝夜節律運動是最普遍也是最明顯的現象。 古代有很多關於植物節奏性活動的記載。
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    以David Ray教授為首的研究團隊,不僅分析了生物鐘在小鼠脂肪組織中的作用,同時也對接受減肥手術病人來源的樣本進行了相關研究。採集病人手術前後的脂肪和血液樣本,研究人員能夠比較它們的生物化學信息。【2】Scientific Reports:研究揭示酒精性肝病和生物鐘之間的聯繫印第安納大學醫學院的研究人員揭示了生物鐘在酒精性肝脂肪變性或脂肪肝病發展的作用。
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    這些時鐘指定睡覺模式和用餐時間,控制荷爾蒙分泌,調節人體的糖反應以及其他許多其他重要的生物反應。不少科學家指出,有了時鐘,就有了進化優勢。貫穿整個歷史進程,物種的生物鐘不斷在演變。儘管生物鐘很常見也很重要,但它到底緣何而起卻已成為一大深邃而久遠的謎團。
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