基于细胞机制,自噬是一种天然的调控途径,能够拆卸不必要的或功能失活的细胞内大组分,是由超过36个自噬相关基因调控。在这些基因中,atg7和beclin1已被证明在某些哺乳动物的产后发育调控中发挥重要作用,但它们在斑马鱼发育中的作用仍未被阐述。本研究采用了包括CRISPR/Cas9在内的多种分子和发育生物学技术,获得相应基因的突变体和杂合子。在研究中,我们尝试探究atg7和beclin1基因在两种基因突变体及相应杂合子中的功能。首先,为了研究自噬是否在仔鱼-稚鱼转化过程中起作用,我们分别构建了atg7和beclin1斑马鱼突变系。在这项研究中,我们观察到atg7和beclin1缺失的斑马鱼都在仔鱼-稚鱼转化期间死亡,因为atg7和beclin1突变体无法应对蛋黄耗尽后的代谢压力,并且无法激活自噬以应对外部的营养限制。同时,即使重新对其进行投喂,仍能观察到这些突变体的肠道结构和肝脏代谢功能的严重缺陷,说明了自噬过程不仅在细胞禁食或饥饿时重要,而且在食物充足时也很重要。雷帕霉素是自噬的激活剂,经其处理后能通过降低代谢率有效延长atg7和beclin1缺失的斑马鱼的生存时间,但不能通过经典途径激活突变体的自噬。我们的发现为从仔鱼到稚鱼期的生理、组织学和代谢变化以及自噬在这些转变里程碑中的主要作用提供了分子证据,为水产养殖生产上出苗期的高死亡率提供了解决思路。另一方面,雄性beclin1杂合子比野生型和atg7杂合子个体显现出更高的死亡率,且在受精后12个月出现腹部增大和身体弯曲,肝组织被修饰成弥漫性的细索,16个月大时增加到约90%出现固体坏死。beclin1+/-雄性斑马鱼中几乎不会在6个月前死亡,而在12个月大和16个月大时分别有40%和75%的死亡率。atg7+/-雄性斑马鱼则没有这种现象,这表明beclin1有另外独立的作用能影响整个身体的健康和生存。有趣的是,beclin1+/-有一种特殊的诱导肝肿瘤发生坏死并通过调控负责细胞生长的PI3K/AKT通路下游信号,创建一个适合坏死发展的环境。简言之,beclin1+/-抑制自噬和凋亡,引起tP53突变的增加、诱导炎症和增殖、激活糖酵解和脂生成过程,从而增加了肝脏严重病变的风险。我们的研究结果证明了自噬过程不仅在细胞禁食或饥饿时重要,而且在食物充足时也很重要。即使在母体卵黄耗尽后为胚胎提供替代食物,通过敲除技术阻断自噬途径也会导致胚胎发育早期死亡,此外,通过单倍型分布干扰涉及PI3K/AKT通路的自噬基因(如beclin1)具有长期或慢性效应,因为它虽然允许仔鱼存活,但随着年龄的增长会产生肝缺陷。