UMassChan医学院和伍兹霍尔海洋生物实验室的科学家们已经确定了第一个基因Bmal1，它在调节甲壳类动物Parhyalehawaiensis的昼夜节律行为中发挥关键作用。昼夜节律帮助动物应对沿海地区潮汐的涨落。

在微小的甲壳类动物中发现了连接昼夜节律和昼夜节律的基因

神经生物学家PatrickEmery博士、JoshuaRosenthal博士及其同事的研究发表在CurrentBiology上，展示了昼夜节律和生物钟之间的第一个分子联系，同时将P.hawaiensis建立为一个强大的新动物系统研究昼夜节律的遗传学。

“生物钟对于包括人类在内的生物体来说至关重要，可以优化它们的生理机能并使它们的行为适应环境周期，”埃默里博士说，他是马萨诸塞大学陈医学院神经生物学副主席兼教授，也是惠特曼海洋生物实验室惠特曼中心的研究员。“通过了解这些行为是如何从基因上硬连接到生物体中的，我们可以绘制出影响生理和行为的感觉系统和神经回路。”

潮汐每12.4小时发生一次。每天的两次潮汐，其中之一是由月球对地球的引力引起的，而第二个是由月球和地球在太空中的自转运动产生的离心力引起的。生活在潮汐地区的海洋动物每12.4小时就会调整行为以应对从干旱环境到水生环境的剧烈变化。

尽管在20世纪初首次在Roscoff蠕虫(Symsagittiferaroscoffensis)中观察到昼夜节律，并在1950年代以来对螃蟹、贻贝和其他海洋物种进行了详细研究，但昼夜节律的分子和遗传基础及其关系到了生物钟，一直难以捉摸。

“缺乏可修正基因敲除和转基因操作的动物模型使科学家无法明确研究生物钟的分子起源及其与生物钟基因的关系，”Emery说。“只有少数关于昼夜节律遗传学的研究存在，这些研究既不能排除也不能排除生物钟基因在动物昼夜节律行为中的作用。”

EricaKwiatkowski，医学博士/博士。UMassChanEmery实验室的学生与海洋生物实验室资深科学家Rosenthal博士的实验室合作，将小型片脚类甲壳类动物P.hawaiensis确定为一个有前途的模型。为了模拟P.hawaiensis的自然环境，研究人员在实验室中为这种一厘米长的动物开发了一个人造潮汐栖息地，使用的是每12.4小时从水族馆抽进抽出的人造海水。

Kwiatkowski及其同事在人工潮汐环境中将片脚类动物暴露于10个周期(相当于五天)。一旦适应了这些条件，研究人员便将P.hawaiensis从人工潮汐环境中移出，并置于水位恒定的栖息地中。在单独的试管中，使用红外线束记录动物的游泳活动。引人注目的是，每隔12.4小时，大多数动物(80%)会因预期涨潮而增加游泳活动，然后因预期退潮而减少游泳活动，即使它们不再暴露在不断变化的水位下。这表明在P.hawaiensis中存在控制运动行为的昼夜节律时钟。

海洋生物实验室主任NipamPatel博士的实验室开发了P.hawaiensis作为模型生物，用于研究控制胚胎发育许多方面的基因，包括肢体模式。

“多年来，帕特尔实验室在这种生物体中创造了宝贵的资源，例如基因组测序和使用CRISPR敲除基因的方法。虽然最初的目的不是使用Parhyale研究昼夜节律，但它已经转变为证明非常适合这个目的。我们预测这种生物体将促进该领域的大量未来研究，”罗森塔尔说。

一旦在P.hawaiensis中建立了强烈的昼夜节律，Kwiatkowski和同事使用CRISPR/Cas9引导的基因敲除来寻找与昼夜节律行为相关的基因。通过敲低单个基因，科学家可以观察丢失的基因对生物过程的影响。

Kwiatkowski及其同事使用控制哺乳动物昼夜节律的基因作为寻找昼夜节律基因的指南，发现敲低昼夜节律基因Bmal1改变了P.hawaiensis的行为——该动物不再表现出昼夜节律游泳行为。相反，这些动物表现出与潮汐流无关的节律行为。

“Bmal1是维持P.hawaiensiscircatidal行为的关键组成部分，”Kwiatkowski说。“这是第一个证据表明参与昼夜节律的基因也参与昼夜节律。这在两个系统之间建立了分子联系。”

Emery及其同事的下一步是研究Bmal1在驱动昼夜节律行为中所起的确切作用，以及可能涉及哪些其他基因。