果蝇的同性性行为研究

同性性行为在许多动物中都被观察到,但其生物学机制尚所知甚少。我们通过遗传学和药理学方法调控果蝇脑内多巴胺细胞中多巴胺水平来研究多巴胺对果蝇雄性同性求偶行为的影响。     

果蝇脑内多巴胺水平过高诱发雄性果蝇之间的“同性之恋”

5月21日在线发表在《Journal of Neuroscience》杂志上发表了中国科学院上海生命科学院对果蝇求偶行为的最新研究成果,该研究发现果蝇脑内多巴胺水平过高诱发雄性果蝇之间的“同性之恋”。求偶行为对于动物物种的繁衍和其对环境的适应都是非常重要的。果蝇的求偶行为是一个复杂     

多巴胺对昆虫生殖的调控

多巴胺(dopamine, DA)可以调节昆虫的生殖行为,促进昆虫生殖系统的成熟发育.雄性果蝇(Drosophila)性行为受脑后外侧多巴胺能神经元(PPL2ab)调节,这些神经元的DA合成能力影响雄虫之间以及雌雄之间的求偶行为.果蝇雄成虫脑内DA含量影响性取向, DA水平过高或过低都会诱发雄性果蝇之间的同性求偶行为. DA还参与昆虫生殖行为转变和交配后行为的调节. DA可以作为神经激素,调节昆虫的味觉和嗅觉感受,中枢神经系统内DA对昆虫生殖行为的调节涉及多巴胺/蜕皮激素受体(DopEcR)和蜕皮酮的协同作用,果蝇后脑P1神经元在雄虫求偶信息回路中发挥重要作用. DA可以促进卵成熟发育,调节社会性昆虫生殖状态.对卵成熟发育的促进与DA受体表达的发育阶段性差异有关,并涉及DA、章鱼胺(octopamine, OA)、保幼激素(juvenile hormone, JH)、蜕皮激素(molting hormone, MH)之间的相互作用.黑腹果蝇幼龄雌虫咽侧体(corpus allatum, CA)内多巴胺D2型受体(DD2R)表达水平远低于性成熟雌虫,多巴胺D1型受体(DopR)表达水平远高于成熟雌虫,而DD2R在性成熟雌虫咽侧体内的表达水平远高于幼龄雌虫. DopR, DD2R在脂肪体细胞中的表达情况与CA相反. DA, JH, MH, OA之间的互作通过对相关基因表达和代谢酶活性调节实现.上述激素间的互作还涉及类胰岛素(insulin-like peptides, ILPs)及其信号途径.蜜蜂工蜂的生殖状态受蜂王上颚信息素(queen’s mandibular gland pheromone, QMP)、幼虫信息素、卵巢D2型受体基因的调节. DA对昆虫生殖调控的研究,可以为新药剂开发以及人类脑科学和神经系统疾病机制研究提供参考.     

利用帕金森症的果蝇模型测试具有神经保护作用的化学活性分子(英文)

帕金森症的果蝇模型对解析疾病的分子细胞机制贡献极大.为探讨利用地中海黑腹果蝇的疾病模型来筛选新型治疗帕金森症药物的可能性,我们构建了基于DJ-1A和PINK1两个遗传致病因子的帕金森症果蝇模型,测试抗氧化和消炎活性分子米诺环素和辅酶Q10对脑多巴胺浓度的影响.结果表明,米诺环素对DJ-1A果蝇模型有明显保护作用,能显著提高脑多巴胺的浓度,但是对PINK1果蝇模型没有保护作用;辅酶Q10对两种模型均有保护作用.因此,帕金森病的果蝇模型能够反映药物分子的特异性作用,为筛选新的帕金森病治疗药物提供了一条便捷的途径.     

鱼藤酮对果蝇运动行为及果蝇头部多巴胺合成相关酶基因表达的影响

为了探讨鱼藤酮对黑腹果蝇Drosophila melanogaster运动行为的影响与其头部多巴胺水平之间的关系,我们测定了鱼藤酮对黒腹果蝇成虫运动行为、头部多巴胺水平及酪氨酸羟化酶和多巴脱羧酶基因表达的影响。结果表明：与取食未加入药剂饲料的果蝇相比雌成虫用0.2～0.8 mmol/L、雄成虫用0.1～0.8 mmol/L浓度药液配制的饲料连续饲养6 d后运动能力显著下降,在0.8 mmol/L浓度下雌、雄成虫的运动能力分别仅为对照的55.6%和49.1%。取食用0.8 mmol/L浓度药液配制饲料6,12和21 d的果蝇雌、雄成虫头部多巴胺水平均显著下降,雌成虫头部多巴胺水平分别为对照雌成虫的83.2%,72.3%和59.8%;雄成虫头部多巴胺水平分别为对照雄成虫的79.3%,66.8%和53.2%。用0.8 mmol/L浓度鱼藤酮处理6,12和21d,雌成虫头部酪氨酸羟化酶基因（pale）的表达水平分别为对照的76.3%,51.4%和37.3%,多巴脱羧酶基因（Ddc）的表达水平分别为对照的87.1%,78.2%和63.5%, 均显著下降。结果提示,鱼藤酮可干扰果蝇成虫头部酪氨酸羟化酶和多巴脱羧酶基因的表达,导致果蝇头部多巴胺水平下降,进而影响了果蝇的运动行为。     

Drp1的调控对PINK1突变转基因果蝇的保护作用

帕金森病（PD）是以黑质致密部多巴胺神经元选择性减少和胞浆内路易小体的形成为特征的神经退行性疾病。研究发现,PTEN诱导激酶1(PINK1)基因突变导致家族性早发型帕金森病的发生。在转基因果蝇中,PINK1功能丢失导致间接飞行肌缺陷,线粒体结构、功能障碍,多巴胺神经元丢失。本研究在PINK1突变PD转基因果蝇中,进行发动蛋白相关蛋白1（Drp1）过表达和敲低,探索Drp1对PD转基因果蝇的保护作用及其可能机制。本研究选用MHC-Gal4/UAS系统的PD转基因果蝇模型,特异性启动PINK1B9基因于果蝇肌肉组织中表达;运用Drp1基因过表达和RNA干扰干预PINK1B9转基因果蝇,研究其对PD转基因果蝇的作用。结果显示,不论过表达Drp1还是Drp1敲低均可挽救PINK1突变转基因果蝇,降低翅膀异常率,改善飞行能力,恢复间接飞行肌排列,调节线粒体形态,提高ATP生成量,上调NDUFS3蛋白表达水平。本文结果提示,Drp1的调控挽救PINK1突变转基因果蝇与线粒体呼吸链有关。     

模拟昆虫视觉-行为抉择的强化学习模型

视觉信息用于行为抉择的过程是一个极其复杂的脑信息处理过程,昆虫或动物对外界环境的学习是以价值来控制的,并可影响其行为抉择,研究这一过程对揭示人类自身脑运行机制有重要意义.文章在郭爱克研究小组果蝇实验提供的生物依据基础上,提出了一种模拟果蝇视觉-行为抉择的神经网络模型.该模型引入了价值和基于价值的强化学习算法,应用于输入视觉图像的强化学习,以此建立果蝇脑内多巴胺和蘑菇体对于抉择判断的价值体系.模拟的结果表明,该模型可以模拟果蝇视觉信息的学习和行为抉择过程,其结果与生物实验相符,同时也为机器人视觉信息控制行为抉择的应用提供了基础.     

黑腹果蝇黑条体突变体的求偶行为

黑腹果蝇Drosophila melanogaster黑条体果蝇(e^bsr)与黑檀体果蝇(e)为同一个基因(ebony)的不同突变体, 两者具有相似的形态表型, 但行为特征表现出明显的差异。本研究以黑条体、 黑檀体和野生型果蝇为研究对象, 首先检测果蝇的视力和活跃度, 再采用不同交配组合进行求偶成功率、交配时间和求偶模式的分析。结果表明: 黑条体果蝇视力与活跃度与野生型果蝇比较无显著差异; 黑条体果蝇的交配成功率和交配潜伏期与野生型果蝇不存在显著的差异; 黑檀体果蝇的交配成功率和交配潜伏期与野生型果蝇存在极显著的差异（P<0.000）。黑条体果蝇表现出异于黑檀体果蝇的活跃度和交配活力, 可能是由于黑条体果蝇ebony基因的新突变导致了果蝇体内多巴胺水平异常, 从而形成了黑条体果蝇独特的求偶模式。     

中国阿果蝇属五新种和二新记录种（双翅目：果蝇科）

记述采自中国大陆的阿果蝇属5新种和2新记录种:尖叶阿果蝇Amiota acutifoliolata sp.nov.,缺茎阿果蝇A.apenis sp.nov.,小叶阿果蝇A.minufoliolata sp.nov.,曲叶阿果蝇A.undulata sp.nov.,爪叶阿果蝇A.ungulfoliolata sp.nov.,须刺阿果蝇A.balaenodentata Takada,Beppu&Toda,1979和钩茎阿果蝇A.orchidea Okada,1968;这7种阿果蝇不能指派于本属已建立的7个种团中的任何一个。     

果蝇属拱背果蝇亚属七新种：（双翅目：果蝇科）

本文记述果蝇属Drosophila拱背果蝇亚属Lordiphosa在中国的分布,包括七新种:等枝拱背果蝇Drosophila (Lordiphosa) ramipata sp.nov.,不对称拱背果蝇Drosophila (Lordiphosa) acongruens sp.nov.,突弓拱背果蝇Drosophila (Lordiphosa) protrusa sp.nov.,多枝拱背果蝇Drosopkila (Lordiphota) ramosisslma sp.nov.,双突拱背果蝇Drosophila (Lordiphosa) biconvexa sp.nov.,黑拱背果蝇Drosophila (Lordiphosa) picea sp.nov.,和黄拱背果蝇Drosophila (Lordiphosa) flava sp.nov.     

Sciene杂志发表我科学家又一最新研究成果

2007年6月29日,国际权威学术期刊Science以报告形式发表了中科院上海生科院神经科学研究所郭爱克院士领导的学习与记忆研究组,关于多巴胺和蘑菇体环路调控果蝇基于价值的抉择的最新研究成果。这是该研究组自2001年以来,第三次在Science上发表研究论文。     

中国及周边国家的伏绕眼果蝇属叶芒绕眼果蝇复合种组研究(双翅目,果蝇科)

叶芒伏绕眼果蝇复合种组是Tsacas and Okada,1983建立的,已报告有6种,均出自于东洋区.记述了采自于中国及周边国家的伏绕眼果蝇属叶芒伏绕眼果蝇复合种组的10个种,并附有分种检索表.端尖叶芒伏绕眼果蝇Phortica foliacea(Tsacas et Okada,1983);叶芒伏绕眼果蝇Phortica foliiseta Duda,1923;侦测伏绕眼果蝇Phortica speculum(Máca et Lin,1993);异叶芒伏绕眼果蝇Phortica afoliolata Chen etToda,sp.nov.;短毛伏绕眼果蝇Phrtica brachychaeta Chen etToda,sP.nov.;拟叶芒伏绕眼果蝇Phortica foliisetoides Chenet Toda,sp.nov.;缺毛伏绕眼果蝇Phortica glabra Chen etToda,sp.nov.;刺伏绕眼果蝇Phortica spinosa Chen et Gao,sp.nov.;对称伏绕眼果蝇Phortica symmetria Chen et Toda,sp nov.;田边氏伏绕眼果蝇Phortica tanabei Chen et Toda,sp nov.     

拱背果蝇属三新种（双翅目：果蝇科）

记述了拱背果蝇属（Lordiphosa）黑色拱背果蝇种组（nigricolor species-group)3新种：黑腿拱背果蝇（Lordiphosa nigrifenmur so.nov.）、鱼甸拱背果蝇（Lordiphosa ludianensis sp.nov.）和施氏拱背果蝇（Lordiphosa shii sp.nov.）。     

果蝇在抉择过程中的行为修饰

在视觉操作条件化中, 果蝇具有惟一的行为输出——偏转扭矩, 扭矩输出参与了条件化的形成. 通过发展新的分析方法, 分析了果蝇在条件化过程中的扭矩分布模式. 果蝇扭矩分布模式的修饰过程反映了操作条件化对果蝇行为模式的影响. 先前的研究表明, 在果蝇的视觉操作条件化中, 面对矛盾的视觉线索时, 果蝇将依据不同线索的相对权重作出类似抉择的行为; 研究还表明, 果蝇脑内的蘑菇体结构在这种抉择中起重要作用. 通过对果蝇在这种类抉择行为中的扭矩输出进行“扭矩-位置分布”分析, 研究了在果蝇抉择过程中的行为模式的修饰过程. 利用这种扭矩分析方法, 得以从揭示果蝇行为模式的角度对果蝇操作式视觉联想式学习及抉择行为进行研究. 在对果蝇操作条件化中的视觉联想式学习过程、抉择过程以及行为模式修饰过程进行分析的同时, 也讨论了它们所涉及的可能不同的神经基础.     

培养果蝇三龄幼虫的小技巧

笔者在进行果蝇唾腺染色体实验培养三龄幼虫时,根据多年的经验发现了2项很实用的小技巧.现介绍如下: 1 选择果蝇的小技巧 果蝇的选择,以野生为宜,一般不要选用长期在实验室培养的果蝇.野生果蝇通常出现在有不新鲜或腐烂的水果周围,所以水果摊或有坏烂水果的垃圾堆是捕获果蝇的首选地点,当然也可以用切成碎片的果肉招引果蝇.     

用“增强子陷阱”技术构造并筛选果蝇UAS/GAL4系统中GAL4新品系及脑基因表达图谱数据库的开发

"增强子陷阱"技术是建立果蝇脑全基因组表达图谱及其数据库的重要方法.筛选获得新特异表达的GAL4品系,可为进一步研究果蝇脑神经在学习记忆功能提供强有力的基因工具.通过"增强子陷阱"技术来获得果蝇突变体,并与报告转基因果蝇(UAS-EGFP)杂交,用荧光显微镜观察成年果蝇脑内荧光分布,从而获得该突变体的脑基因表达图谱,在此基础上利用JavaScript来建立果蝇脑全基因组表达数据库.目前获得基因突变体果蝇2 677种,大部分在果蝇脑中有表达,其中在果蝇嗅觉学习记忆相关脑区蘑菇体表达的基因有368个,且有部分基因特异地表达在某些传导通路上.这些果蝇基因突变体库及其表达图谱为进一步研究各基因的功能及作为遗传工具来研究各脑区结构和功能提供极大方便.     

果蝇视觉学习记忆能力与脑部cAMP水平的相关性

利用闭环飞行模拟系统研究果蝇视觉飞行定向行为的操作式条件化 ,证明正常果蝇视觉学习记忆能力与日龄有关 ,即 3～ 4d龄果蝇的学习记忆能力明显优于1～ 2d龄果蝇 ,蝇脑内的cAMP含量也呈现随果蝇日龄增加而增加的趋势 .同时对学习记忆缺陷型果蝇进行检测 ,其脑内cAMP含量高于正常对照组果蝇 .通过喂食PDEase抑制剂咖啡因扰乱cAMP代谢 ,使果蝇cAMP水平异常提高 ,导致果蝇学习记忆能力显著下降 ,表明果蝇视觉学习记忆需要脑内cAMP水平处于一适当范围 ,过高或过低的cAMP水平都将影响果蝇的视觉学习记忆能力     

黑腹果蝇white基因在H_2O_2影响下卷翅形成中的作用及机理

卷翅是果蝇遗传学上最常用的标记之一,但卷翅形成的具体机制还不清楚.过去的研究发现,理化刺激影响果蝇卷翅的形成.我们最近研究发现,H_2O_2处理不仅会影响果蝇的羽化率,还会使其出现卷翅现象.本研究通过改变H_2O_2浓度、果蝇培养温度和H_2O_2处理时间,探讨影响黑腹果蝇卷翅形成的具体因素,并对其超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)和谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-PX)活力进行检测,探讨H_2O_2对果蝇抗氧化能力的影响.结果表明:果蝇的羽化率与H_2O_2浓度成反比.温度、H_2O_2浓度和H_2O_2处理时间的改变均会影响果蝇翅的卷曲程度和卷翅果蝇所占的比例.其中white基因突变果蝇对这3种条件反应最明显,mini-white(white基因回复突变)果蝇却可以拯救该表型,它的反应与野生型OR相似.H_2O_2对含Cy基因的果蝇卷翅的形成也有一定的影响,可以加大果蝇翅的卷曲程度.对SOD、CAT和GSH-PX活力检测发现,H_2O_2处理会使果蝇的抗氧化能力降低.实时荧光定量PCR检测发现,H_2O_2处理会导致果蝇基因表达量发生改变.黑腹果蝇卷翅形成是一个十分复杂的过程,H_2O_2可能作为某种信号分子或是间接影响某种因子参与黑腹果蝇的卷翅形成过程.该卷翅形成过程可能与Cy基因导致的果蝇卷翅过程是同一个信号途径,两者也可能是通过不同的模式进行调控的.     

中国黑腹果蝇种组40种果蝇的核型多样性研究

通过传统的敲片、Giemsa染色的方法制片对中国黑腹果蝇种组(Drosophilamelanogasterspeciesgroup)8个种亚组40种果蝇的染色体进行了分析,共发现18种核型,即A、A′′、C、C′、C′′、C′′′、C′′′′、D、D′、D′′、E、E′、E′′、F、F′、G、H和I,其中A、A′′、C′′′、C′′′′、D′′和F′为新发现的核型。8个种亚组的基本核型分别是:嗜凤梨果蝇种亚组(D.ananassaesubgroup)的核型为F、F′、G和H型;牵牛花果蝇种亚组(D.eleganssubgroup)的核型为A和A′′型;细针果蝇种亚组(D.eugracilissubgroup)的核型为C型;嗜榕果蝇种亚组(D.ficusphilasubgroup)的核型为C′型;黑腹果蝇种亚组(D.melanogastersubgroup)的核型为C和C′型;山果蝇种亚组(D.montiumsubgroup)的核型为C、C′、C′′、D、D′、D′′、E、E′、E′′和I型;铃木氏果蝇种亚组(D.suzukiisubgroup)的核型为C′′′和C′′′′型;高桥氏果蝇种亚组(D.takahashiisubgroup)的核型为C、C′′′和C′′′′型。透明翅果蝇(D.lucipennis)雌性核型2n=8,雄性核型2n=7,雄性Ⅳ号染色体为染色体单体。此外还发现,吉川氏果蝇(D.kikkawai)、林氏果蝇(D.lini)、奥尼氏果蝇(D.ogumai)、拟嗜凤梨果蝇(D.pseudoananassae)和叔白颜果蝇(D.triauraria)5种果蝇有B染色体。本文确定了D.sp.likeelegans、D.sp.likenyinyii、D.sp.liketrapezifrons1、D.sp.liketakahashii、D.sp.liketrapezifrons2和D.sp.likeauraria等6个未描述种的核型和1个新记录种吉里果蝇(D.giriensis)的核型。本研究证明了在黑腹果蝇种组内、亚组内、种内和单雌系内的核型多样性,为果蝇遗传和进化提供了进一步的细胞学证据。     

果蝇唾腺染色体观察材料的制备

选择夜间气候为南风、多云、20～28℃的条件下,用香蕉培养基引诱、采集果蝇.室内或恒温箱中培养12 d,取野外果蝇三龄幼虫替代实验室长期饲养的果蝇幼虫,制作果蝇唾腺染色体.经剥离、解离、染色、压片,观察到比实验室饲养的果蝇染色体较大、个体更清楚的片子.