生物钟在自然界的多种生物,如动物、植物和真菌中普遍存在。从单细胞的分裂生殖到植物的光合作用,动物的繁殖和激素分泌,以及在分子水平上,都有生物节律的存在。昼夜节律是部分原核生物和所有真核生物基本特征。斑马鱼作为一种在复杂性和简单性方面取得了很好平衡的二倍体脊椎动物,因其个体小,繁殖能力强,体外受精和发育,发育周期短,胚胎和幼鱼透明等独特优点成为理想的可应用于大规模遗传研究的脊椎动物模式生物。同时由于斑马鱼参与节律调控的主要分子机制与哺乳动物比较一致,其也成为适合研究生物节律的模式脊椎动物。在非哺乳脊椎动物中,松果体作为一个中枢起搏器调节动物行为和生理的昼夜节律。松果体感光细胞的生物钟性质,包括视蛋白表达的日夜转换和视网膜敏感性的振荡都已经得到了很好的数据证实。然而,调节视觉敏感性昼夜节律的基本机制和松果体中枢起搏器调节视觉敏感性昼夜节律功能的可能机制仍然有待发现。本研究中,我们构建了一个转基因斑马鱼品系[Tg(Gnat2:ga14-VP16/UAS:nfsB-mCherry)]。在这个转基因品系中,在松果体感光细胞中表达大肠杆菌硝基还原酶NTR。在胚胎早期发育中,转基因在视网膜和松果体的感光细胞中表达。随着年龄增长,在视网膜感光细胞中的转基因表达逐渐消失。直到第八个月,Gnat2启动子驱动的硝基还原酶不再在视网膜感光细胞中表达,但是仍然在松果体感光细胞中稳定表达。这提供了一种能够特异性杀死松果体感光细胞的模型,例如用甲硝唑处理该转基因鱼后,硝基还原酶NTR可以把药物前体甲硝唑转化为有毒DNA链接交联剂引起细胞死亡,从而特异性杀死松果体感光细胞。在松果体感光细胞缺失的情况下,斑马鱼的行为视觉敏感性保持不变,但是视锥细胞视杆细胞敏感性的节律减弱了。短时间的光照可以一定程度的修复这种行为视觉敏感性生物钟节律的减弱程度。综上,这些结果表明视网膜感光细胞能够对外界环境刺激产生反应,而且能产生视觉敏感性的生物钟节律。然而,仅仅是视网膜感光细胞还不足以维持这种节律。松果体感光细胞中产生的细胞信号可能对维持这种视觉敏感性的生物钟节律有一定贡献。学习和记忆是中枢神经系统高级活动的一种方式,是人类认知的基础。学习是在经验基础上改变行为反应的过程,记忆是学习到信息贮存和读出的过程。记忆根据持续时间的长短分为长时记忆和短时记忆。许多研究聚焦于学习和记忆如何进行的。但是学习和记忆作为一种复杂的行为,仍然有许多问题需要去探索研究。而在脊椎动物中发现学习和记忆的突变基因,对其机制的研究会有一定的贡献。本实验中以斑马鱼为模式动物,经ENU州诱变及大规模遗传筛选,利用抑制逃避反应的行为学方法获得一例学习记忆的斑马鱼突变体fgt。这种fgt斑马鱼突变体的训练后24小时的长时记忆显著的低于野生型。fgt突变体表现出正常的运动活性和正常的对黑色的倾向性。该突变体的F2代在训练后的24小时的长时记忆中有将近一半(13/30)显著的低于野生型,而另一半则相对正常。同时,在对一个新的环境的探索后,与学习记忆相关的即刻早期基因IEGs c-fos在该突变体将近一半F2代中的表达与野生型的对照有显著性的差异(13/30),另外一半相对正常,与行为学结果一致。这些结果表明,该突变体fgt是一个学习和记忆缺陷的显性突变。而该fgt突变体的发现对未来进一步学习和记忆相关的机制和信号通路提供了一种可能。