本實驗室以生物時鐘為研究主題,凡與日週律動有關之範疇,從微觀的分子生物領域(例如:週期基因 period 之研究)一直到宏觀的生態領域(例如:黑棘蟻的superorganism 超個體日週律動行為之研究),皆屬本實驗室感興趣的研究對象。
  以細胞生物學領域為例,已知生物時鐘日週律動之節律器(pacemaker)為細胞層次,所以稱為「時鐘細胞」。週期基因所產生的蛋白質(PER)是調控日週律動的核心蛋白質,而色素分散因子(Pigment Dispersing Factor,PDF)和黑化誘導神經肽(Corazonin,CRZ)是兩種日週律動輸出因子(output factors),本實驗室使用這三種與生物時鐘日週律動調控相關之蛋白質為標的,利用免疫染色法,染出德國蜚蠊(Blattella germanica)以及雙紋姬蠊(B. bisignata)腦部暨胸腹神經球中時鐘細胞與其神經纖維的位置和走向,從而建構出這兩種蜚蠊姊妹種中樞神經系統中調控日週律動的神經網路。
  德國蜚蠊和雙紋姬蠊是親緣關係極為接近的姊妹種,具有類似的per序列以及多項相似的生理和行為特徵,但具有不同活動行為。在此二蜚蠊的中樞神經系統中,PER 的分佈皆為在視葉每側具有三群主要時鐘細胞群,在前腦每側具有兩群與內分泌調控有關的細胞,在中腦、後腦、食道下神經球以及胸、腹神經球中僅具有少數細胞。PDF在視葉每側也具有三群細胞,並與 PER 的細胞位置完全重合。CRZ 在視葉每側具有兩個細胞,不與 PER/PDF 重合,但在空間位置上緊密相連,並有神經互相連接。
  因為此三種時鐘蛋白質在兩種蜚蠊中樞神經系統的分佈並無差異,其不同的活動行為可能由 perpdfcrz 的下游基因調控。


圖一    德國蜚蠊與雙紋姬蠊腦部週期蛋白質(PER)、色素分散因子(Pigment Dispersing Factor,PDF,)和黑化誘導神經肽(Corazonin,CRZ)之分佈示意圖。右半腦及左心側腺紫色部分:PER;左半腦及右心側腺藍色部分:CRZ;雙邊橘色部分:PDF。細胞以其位置與形態分群(Group)命名,Group III 為主要時鐘細胞,Group I、Group II 可能為與訊息輸入路徑(input pathway)相關之時鐘細胞,Group IV、Group VI、Group P 可能為與日週律動相關的內分泌系統之細胞。CA:咽側腺(corpora allata);CC:心側腺(corpora cardiaca);De:中腦(deutocerebrum); Dpd:視外髓末稍區之後背側(posterodorsal of the distal medulla);Dpv:視外髓末稍區之後腹側(posteroventral of the distal medulla);OL:視葉(optic lobe);Pfv::視外髓副區之前腹側基部(proximal frontoventral of the accessory medulla);PI:腦間部(pars intercerebralis);Pr:前腦(protocerebrum);SOG:食道下神經球(subesophageal ganglion);Tr:後腦(tritocerebrum)。比例尺線:50 μm。


圖二    德國蜚蠊腦部 PDF 之染色結果。PDF 為日週律動的輸出因子之一,視葉可見染到明顯的主要時鐘細胞 Group III(箭頭指處);PDF 另有一個主要功能為連結兩側時鐘細胞使之同步,前腦部分清楚可見具有 PDF 的神經網路連接兩個腦半球的視葉。比例尺線:50 μm。


圖三    德國蜚蠊與雙紋姬蠊視葉 Group III 細胞的 PDF(左圖,紅色螢光)暨 PER (右圖,綠色螢光)雙重染色,顯示位置重合(co-localization)。PER 為調控日週律動的核心蛋白質之一,PDF 為日週律動的輸出因子之一,兩者可同在最主要的時鐘細胞 Group III 中被發現。比例尺線:50 μm。
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  • 訪客
  • 您好~~在搜寻一些关于昆虫生物钟方面的研究时,无意之间看到了您的介绍。
    我非常想咨询一些关于昆虫生物钟基因和脑神经的一些问题,您能告诉我一下李後晶老師的E-mail吗?(老师方便的话)
    谢谢~~~万分感谢!!!
    我的邮箱:xijiersci .osaka-cu.ac.jp