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美国加州大学圣芭芭拉分校博士刘薇薇到昆明动

2019-08-11 21:10

5月27日,美国加州大学圣芭芭拉分校博士刘薇薇应邀到中国科学院昆明动物研究所进行学术交流,并为师生们作了题为bv1946伟德入口,Molecular, cellular and neuronal basis of Drosophila courtship behavior的精彩报告。

日前发表在《细胞》上的一项研究发现,果蝇前足的感觉系统能帮助雄性果蝇判断潜在配偶是不是异类。

饶毅实验室发现群养降低动物打架的分子和细胞机理

核心提示:北京生命科学研究所、北京大学、北京师范大学等处的研究人员在之前研究的基础上,发现了群养降低动物打架的分子和细胞机理,这项研究有助于理解群养社会经历对动物打架的影响,也提示了第一个可以用来减低打架的化学分子。生技网资讯: 来自北京生命科学研究所、北京大学、北京师范大学等处的研究人员在之前研究的基础上,发现了群养降低动物打架的分子和细胞机理,这项研究有助于理解群养社会经历对动物打架的影响,也提示了第一个可以用来减低打架的化学分子。这一研究成果公布在《自然―神经科学》(Nature Neuroscience)杂志上。 文章的通讯作者是饶毅教授,2007年饶毅教授作为北京大学首位全球公开招聘的院长回国,之后带领国内的学生发表了25年来中国的第一篇《细胞》论文。并且与多位科学家分别建立中国科学院上海神经科学研究所,中国科学院上海交叉学科研究中心,以及北京生命科学研究所。饶毅教授主要的研究方向是高等动物发育的分子信号,神经发育的分子机理等。 据NIBS报道,在2008年,饶毅实验室的研究生周传在《自然―神经科学》发表的一篇论文,发现神经递质分子鱆胺对打架很重要,还提到群养和单养也影响果蝇打架。 在这一基础上,饶毅实验室与张建旭、杨震实验室合作开展了进一步的研究,他们通过群养果蝇之间发送一个称为cVA的挥发性外激素分子,作用于另一果蝇的嗅觉系统,通过后者含Or65a受体的神经细胞,从而抑制打架。这些结果有助于理解群养社会经历对动物打架的影响,也提示了第一个可以用来减低打架的化学分子。 社会经历可以影响动物行为。比如在多数动物,独养和群养影响争斗性。独养长大的雄性相遇时打架多,群养长大的动物打架相对较少。这些现象,较为人们所熟知,在知其然。而科学家们希望知其所以然,就会问:社会经历如何影响行为?群养和独养动物打架为什么有差别? 在这篇文章中,研究人员发现了群养降低动物打架的分子和细胞机理,在神经生物学上,研究人员还有一个有趣的发现:短时间急性给予cVA通过Or67d增加果蝇打架,而长时间慢性给予cVA激活Or65a神经元而减少打架。也就是说,同一个外激素分子,在不同时程作用于不同受体细胞,最后起相反的作用。他们的分析还发现,cVA的作用,除了需要感觉神经元输入,还需要第二级信息处理区域的中间神经元,才能介导cVA对打架的抑制。 外激素是同种动物个体之间进行交流的重要信号分子。在调节动物生理和行为方面起着重要作用。果蝇的外激素主要是分布在表皮的烃类物质。cVA化学全名为11-cis-vaccenylacetate,是雄果蝇特异的外激素。以前知道它通过Or67d刺激雄性打架、诱导雌性接受雄性、抑制雄性对雄性的交配企图,没有预计它还能抑制雄性打架,现在知道它能抑制和增加雄性打架靠的是不同的时程和受体神经元。 饶毅实验室刘薇薇和梁新华实验发现cVA的时程不同,对打架的作用相反,而且作用的受体神经元不同。当Or67d嗅觉神经元被杀死或是暂时失活,果蝇的攻击水平大大降低;而即时升高Or67d嗅觉神经元的活性则可以使果蝇更好斗。另一方面,长时程cVA曝露会抑制雄蝇的打架。单独饲养的雄蝇比群养的雄蝇更加好斗;但单养的雄蝇如果长期接触到群体雄蝇的气味,他们的攻击水平会降低。由于cVA是唯一已知的成年雄蝇特异的挥发性的外激素。刘薇薇和梁新华检测cVA会不会参与群养对打架的影响。她们发现,长期cVA曝露会抑制果蝇打架。进一步实验表明,Or65a嗅觉神经元介导了cVA减少打架的作用。在长时程cVA曝露期阻断Or65a嗅觉神经元的递质传递,就会去除长时程cVA的打架抑制效应。在单养的果蝇中,如果人为地长期升高Or65a嗅觉神经元的活性,可以模拟cVA长期曝露的效果,使果蝇的攻击水平降低。 Or67d和Or65a这两条嗅觉通道可能存在着由中间神经元介导的侧向抑制作用,刘薇薇、梁新华的实验表明位于果蝇嗅叶的中间神经元确实参与到了果蝇攻击行为可塑性的调节当中。中间神经元到底怎样介导了这两个嗅觉通道之间的侧向抑制?目前并不清楚。 高等动物,包括人,群养长大的也比独养长大的冲突少,其生物学机理不明,起作用的分子、细胞就更不清楚。关键字:细胞,分子,神经元

刘薇薇深入浅出地介绍了调节果蝇求偶行为的分子、细胞、神经学机制,并介绍了她鉴定出的一类特别的肽类神经元及其在调节果蝇的求偶行为中发挥的重要作用。刘微微进一步阐释,神经肽F缺失的雄性果蝇出现求偶去抑制的状态,这类神经元表现出雌雄二态性。雄性特有的神经肽F神经元与雄性求偶中枢有直接突触连接,并在功能上抑制求偶中枢的活动。

加州大学旧金山分校解剖学系的助理教授奈拉奥•沙阿(Nirao M. Shah)主持的这项研究发现,黑腹果蝇(Drosophila melanogaster)通过前足跗节感觉神经元中的Gr32a化学受体识别其他物种果蝇。在交配之前,雄性黑腹果蝇会接近它看上的雌性,并对其进行“安检”——雄性果蝇会用前足轻轻拍打雌性的身体。

社会经历可以影响动物行为。比如,在多数动物,独养和群养影响争斗性。独养长大的雄性相遇时打架多,群养长大的动物打架相对较少。

报告结束后,刘薇薇与昆明动物所多位PI及研究生进行了深入地交流,加深了彼此的了解。

“果蝇体表的表皮烃类物质是果蝇个体间进行交流的重要外激素,不同的物种具有成分各异的表皮烃类混合物。”文章的第一作者、在加州大学旧金山分校进行交流学习的北京大学生命科学学院的博士樊圃告诉果壳网。

这些现象,较为人们所熟知,在知其然。而科学家们希望知其所以然,就会问:社会经历如何影响行为?群养和独养动物打架为什么有差别?

bv1946伟德入口 1如果雄性黑腹果蝇前足上的Gr32a受体检测到其他物种雌性表皮上的排斥性烃类物质,Gr32a神经元被激活,表明眼前这位雌性并非同类,那么求爱仪式便到此结束。

饶毅实验室的研究生周传于2008年在Nature Neuroscience发表的一篇论文,发现神经递质分子鱆胺对打架很重要,还附带提到:群养和单养也影响果蝇打架。

文章的另一位第一作者德文南德•马诺里(Devanand S. Manoli)博士补充说,即使雄性果蝇从未见过异种雌性,也可以通过这种方法排除和它们有着共同祖先的其他多种果蝇。

2011年6月19日,Nature Neuroscience在线发表刘薇薇、梁新华等的论文。对果蝇打架的进一步研究,由饶毅、张建旭、杨震三个实验室合作开展。

为了阻止雄性果蝇向其他物种的雌性求爱,Gr32a味觉感受器的存在是必需且至关重要的。Gr32a神经元的存在,对阻止雄性果蝇向其他物种的雌性求爱是必需且至关重要的。如果雄性果蝇中的 Gr32a神经元被抑制,雄性果蝇会开始向其它物种的果蝇求偶;而如果激活 Gr32a突变的雄性果蝇体内的 Gr32a神经元,则它们对异种果蝇的求偶行为被抑制。缺乏Gr32a受体的黑腹果蝇甚至会向体型比自己大上一两倍的异种果蝇求爱。类似地,被截去前足跗节的雄性果蝇也会向异种果蝇求爱。

他们发现:群养通过果蝇之间发送一个称为cVA的挥发性外激素分子,作用于另一果蝇的嗅觉系统,通过后者含Or65a受体的神经细胞,从而抑制打架。

不过,尽管这些黑腹果蝇“勇往直前”,其他物种的雌性果蝇会通过翅击、脚踢等方式拒绝这无礼的求爱行动。但是,虽然雌性黑腹果蝇也有表达Gr32a的神经元,可它们并不利用Gr32a系统去拒绝异种雄性的求爱攻势。沙阿解释,由于雌性和对繁殖有着不同的生物学需求,雄性和雌性进化出不同的机制去拒绝异种配偶是有意义的。

这些结果有助于理解群养社会经历对动物打架的影响,也提示了第一个可以用来减低打架的化学分子。

除了Gr32a之外,另一种果蝇求爱的主要调节子,雄性特异的Fruitless蛋白(FruM),也能够抑制种间求偶行为。Gr32a和Fru并不是共表达的,但 FruM神经元与 Gr32a神经元间存在联系。这表明,这些基因是通过影响同一神经回路以抑制种间求偶行为的。沙阿指出,在自然界中,这种系统的存在有利于保持物种的同一性。

在神经生物学上,他们还有一个有趣的发现:短时间急性给予cVA通过Or67d增加果蝇打架,而长时间慢性给予cVA激活Or65a神经元而减少打架。也就是说,同一个外激素分子,在不同时程作用于不同受体细胞,最后起相反的作用。

“我们认为,类似的避免跨物种交配的系统在动物中比比皆是。”沙阿对果壳网说。酵母也会利用化学感受机制去避免与异种酵母杂交。马诺里强调,其他动物也可能有着相似的机制以鉴别异种动物。啮齿类动物主要利用气味去寻找配偶和食物,一些鱼类会利用电脉冲,而包括人类在内的很多灵长类则依赖视觉和听觉信号来识别伴侣——这些机制与生物所在的具体生态位有关。

他们的分析还发现,cVA的作用,除了需要感觉神经元输入,还需要第二级信息处理区域的中间神经元,才能介导cVA对打架的抑制。

接下来,沙阿的研究团队将调查其他果蝇种类是否也利用Gr32a来辨别异种,以确定这套系统在相关物种中是否具有高度相似性。另一方面,“我们将探究Gr32a的激活会导致雄性果蝇的脑部发生什么变化。”沙阿说。

外激素是同种动物个体之间进行交流的重要信号分子。在调节动物生理和行为方面起着重要作用。果蝇的外激素主要是分布在表皮的烃类物质。cVA化学全名为11-cis-vaccenyl acetate,是雄果蝇特异的外激素。以前知道它通过Or67d刺激雄性打架、诱导雌性接受雄性、抑制雄性对雄性的交配企图,没有预计它还能抑制雄性打架,现在知道它能抑制和增加雄性打架靠的是不同的时程和受体神经元。

 

饶毅实验室刘薇薇和梁新华实验发现cVA的时程不同,对打架的作用相反,而且用的受体神经元不同。当Or67d嗅觉神经元被杀死或是暂时失活,果蝇的攻击水平大大降低;而即时升高Or67d嗅觉神经元的活性则可以使果蝇更好斗。另一方面,长时程cVA曝露 会抑制雄蝇的打架。单独饲养的雄蝇比群养的雄蝇更加好斗;但单养的雄蝇如果长期接触到群体雄蝇的气味,他们的攻击水平会降低。由于cVA是唯一已知的成年雄蝇特异的挥发性的外激素。刘薇薇和梁新华检测cVA会不会参与群养对打架的影响。她们发现,长期cVA曝露会抑制果蝇打架。进一步实验表明,Or65a嗅觉神经元介导了cVA减少打架的作用。在长时程cVA曝露期阻断Or65a嗅觉神经元的递质传递,就会去除到长时程cVA的打架抑制效应。在单养的果蝇中,如果人为地长期升高Or65a嗅觉神经元的活性,可以模拟cVA长期曝露的效果,使果蝇的攻击水平降低。

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Or67d和Or65a这两条嗅觉通道可能存在着由中间神经元介导的侧向抑制作用,刘薇薇、梁新华的实验表明位于果蝇嗅叶的中间神经元确实参与到了果蝇攻击行为可塑性的调节当中。中间神经元到底怎样介导了这两个嗅觉通道之间的侧向抑制?目前并不清楚。

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高等动物,包括人,群养长大的也比独养长大的冲突少,其生物学机理不明,起作用的分子、细胞就更不清楚。

 

行为和遗传学实验由刘薇薇和梁新华进行。刘薇薇是北京师范大学在饶毅实验室的研究生,梁新华是科学院上海神经所在饶毅实验室的研究生。科学院动物所张建旭研究员和他的学生张瑶华通过气相色谱-质谱检测果蝇体表外激素的含量以及雌雄差别。北大化学系的杨震教授和他的学生龚建贤化学合成cVA。

信息来源:EurekAlert!
图片信息:imgfave.com

研究获得科技部、北京市科委支持。

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