溫度越高，生理過程越快。但有一個例外:所謂的生物鐘，它調節著生物體的睡眠-覺醒周期。

對科學家來說，一個有趣的問題是，為什么即使溫度波動，內部時鐘也會以幾乎不變的方式運行。這種現象被稱為溫度補償。研究表明，不同的分子機制促成了這一現象。由明斯特大學(德國)的Ralf Stanewsky教授領導的生物學家團隊，與加拿大達爾豪西大學和德國美因茨大學的團隊合作，現在已經發現了這個難題中的一個重要部分，為這個問題提供了答案。他們的研究結果發表在《Current Biology》雜志上。

研究小組在果蠅黑腹果蠅身上發現了一種點突變，這種突變會導致依賴溫度的生物鐘周期延長。它位于一個被稱為“周期”(per)的中心“時鐘基因”中。具有這種perI530A突變的果蠅在18攝氏度下顯示出24小時的正常睡眠-覺醒節律。相比之下，在29攝氏度的溫度下，生物鐘會慢5個小時，也就是說，它能持續29個小時。生理周期的延長也會影響大腦時鐘神經元中生理周期基因的表達，換句話說，影響其活動。

正常情況下，相關的蛋白質(PERIOD)在24小時內逐漸發生化學變化——具體來說，它被磷酸化了。在最大程度磷酸化后，它被降解。在這里，這個過程在18到29攝氏度之間通常是一樣的，在這個溫度下果蠅是活躍的。正如研究人員所示，在18攝氏度的溫度下，perI530A突變體的磷酸化以正常的方式發生，但隨著溫度的升高而降低。這導致了“PERIOD”蛋白在較高溫度下的穩定。

研究小組研究的突變影響所謂的核輸出信號(NES)，它也以這種形式出現在哺乳動物的周期基因中，并在將PERIOD蛋白運輸出細胞核中發揮作用。以前沒有人知道這種從細胞核中輸出的生物功能。目前的研究表明，這種突變導致了中央時鐘神經元細胞核中PERIOD蛋白的延長保留——同樣，只是在更高的溫度下。Ralf Stanewsky說:“因此，我們認為，從細胞核輸出蛋白質在溫度補償中起著重要作用——至少就果蠅而言是這樣。”

方法

在他們的研究中，科學家們使用了他們使用現代分子遺傳學方法(CRISPR/Cas9誘變和同源重組)產生的具有周期基因(perI530A)修飾的果蠅突變體。然后對這些動物進行測試，看它們的睡眠-覺醒周期——以及它們的活動——是否隨著環境溫度的不同而不同。研究人員使用多種方法，將生物鐘基因及其在大腦神經元中的活動可視化。他們使用的方法之一是一種名為局部激活生物發光(LABL)的新方法，這是Münster團隊與加拿大研究人員合作開發的。這種涉及生物發光的方法使得在活體果蠅中測量時鐘神經元中有節奏的基因表達成為可能，而時鐘神經元只占所有大腦神經元的一小部分。

A novel period mutation implicating nuclear export in temperature compensation of the Drosophila circadian clock