综述: 习得性无助行为研究进展

近年来,习得性无助行为(learned helplessness)作为抑郁症的动物模型之一,得到越来越广泛并深入的研究.通过利用多种动物模型,包括狗、啮齿类和果蝇等建立的行为范式,对习得性无助的行为表现和神经回路等方面的理解也更加深入和全面.本文通过回顾习得性无助行为的发现,总结了其在啮齿类动物模型和果蝇模型中的研究成果,并对未来的研究方向进行了展望,便于读者把握相关领域的全貌.     

研究报告：果蝇习得性无助影响空间位置记忆

目的 习得性无助（learned helplessness）是指动物经历了不可逃避性刺激后而产生的无助状态。它对随后实验动物的运动能力、生理状态等多方面都会产生影响,也是人类抑郁症的有效动物模型之一。目前已在多种动物模型中建立了研究习得性无助神经机制的行为实验范式,包括黑腹果蝇（Drosophila melanogaster）。之前的研究发现,经历过不可逃避高温惩罚的果蝇在活跃程度等方面有显著改变。然而,果蝇的习得性无助状态是否也影响学习认知能力,目前仍然未知。本文对果蝇空间位置学习能力是否受到习得性无助状态影响进行了研究。方法 此研究中,我们完善实验范式,分别检测果蝇在新范式中的空间位置学习行为和习得性无助行为,以及经过长时程随机刺激后果蝇空间位置学习能力的变化。结果 野生型果蝇可在此范式中展现空间位置学习能力与习得性无助状态,而经过长时程不可逃避刺激训练的果蝇,空间位置记忆有显著下降。结论 此研究完善了果蝇习得性无助行为实验范式,实验结果表明习得性无助对果蝇空间位置记忆存在影响。这将对进一步加深对动物习得性无助行为的理解,进而其发生机制研究起到推进作用。     

果蝇产卵行为的偏好和可塑性实验模型

我们用经典的Sherrington模型构建了一个以食物环境为输入,果蝇产卵行为为输出的神经行为学模型,并且对这个模型的敏感性以及可塑性进行了探索性研究．通过给果蝇提供不同的食物成分和浓度,我们发现,果蝇在不同浓度的食物上产卵量有明显偏好差异,并表现出很好的敏感性和稳定性．而当阻断了果蝇的嗅觉感受神经元后,产卵的浓度偏好受到了影响．另一方面,我们用经典条件化的学习方式对果蝇的产卵行为进行训练后,发现果蝇也可以学会将光照条件和产卵行为偶联起来．这也证明了这个模型具有很好的可塑性．这个模型将为今后进一步研究果蝇食物偏好、产卵行为、条件化学习等的神经和分子机制奠定良好的基础．     

“银额果蝇及其B染色体研究”获云南省2000年科学技术二等奖

中国科学院昆明动物研究所凌发瑶等 ,在国家自然科学基金、中国科学院院长基金、日本文部省国际研究基金的支持下 ,从群体细胞遗传学和分子遗传学着手 ,对银额果蝇及其Ｂ染色体的起源、进化以及生物学效应等进行了系统深入的研究。发现我国银额果蝇自然群体内存在极其丰富的Ｂ染色体遗传资源 ,并认为这是一种十分难得的可供持续研究Ｂ染色体的最佳动物模型 ;同时还发现了银额果蝇自然群体进化过程中的中间过渡性新核型 ,这一发现对研究果蝇的系统进化以及染色体的进化方式有着重要意义。通过本项研究 ,查明了银额果蝇自然群体内存在Ｂ染色体…     

大肠杆菌改变果蝇产卵偏嗜性

【目的】用大肠杆菌Escherichia coli和黑腹果蝇Drosophila melanogaster分别作为微生物和宿主模型,研究微生物对宿主产卵行为的影响,并探讨大肠杆菌对果蝇存活率的影响。【方法】本研究首先利用野生型果蝇在双选择食物装置分别检测果蝇对大肠杆菌发酵食物的产卵偏嗜性和位置效应;利用大肠杆菌细胞和上清液解析诱导这种行为的原因;利用视觉、味觉和嗅觉突变体果蝇检测作用的感觉系统;通过蛹和成虫存活率检验果蝇对大肠杆菌发酵食物的产卵选择后果。【结果】黑腹果蝇产卵对大肠杆菌发酵的食物具有极显著趋避行为,产卵指数为-0.89。黑腹果蝇产卵对大肠杆菌代谢产物的产卵指数为-0.52,对大肠杆菌菌体的产卵指数为0.02。Orco2突变体果蝇产卵对大肠杆菌发酵的食物趋避行为严重受损,对应的产卵指数为-0.25。大肠杆菌在食物上生长,黑腹果蝇后代的存活率不足5%,而划破食物表面可以显著地降低大肠杆菌引起的黑腹果蝇死亡,将其存活率恢复到正常水平。【结论】大肠杆菌会改变黑腹果蝇产卵行为,使黑腹果蝇避开在其发酵食物上产卵;大肠杆菌代谢产物引起黑腹果蝇产卵的趋避性,果蝇主要通过嗅觉并联合其他感觉系统感知大肠杆菌代谢产物;黑腹果蝇对大肠杆菌产卵趋避行为可提高后代存活率,因为大肠杆菌形成一层菌膜,会引起果蝇缺氧死亡。     

果蝇求偶行为的影响因素及其分子基础

果蝇Drosophila melanogaster Meigen是进行行为遗传学研究的极好材料。果蝇的雄性求偶行为已经被作为行为遗传学研究的模式。文章简要介绍近年来在遗传和分子水平上对果蝇性信息素和求偶行为的研究进展,尤其是突变体在果蝇行为遗传学研究中的应用。通过对果蝇求偶行为的分析,分别介绍果蝇的性信息素及视觉、听觉、嗅觉和味觉相关基因在果蝇求偶和交配行为过程中的作用。     

睡眠研究中相关动物选择的进展

在睡眠研究使用的各种实验动物中,除了常用的啮齿类动物,还有猫、果蝇、猴和斑马鱼等.啮齿类动物因制作其睡眠相关的模型简便易行而得到广泛的应用,主要是采用各种物理化学方法制作失眠动物模型;转基因小鼠主要应用于药物干预睡眠及睡眠发生机制的研究;果蝇和斑马鱼多用于遗传学中睡眠的研究;猫用于睡眠研究的历史悠久,多用于体内试验,对内源性神经递质进行定量分析;猴睡眠结构与人相似,被广泛用于神经生物学,行为药理学等领域与睡眠的关系研究中.由于各种实验动物特殊的生理特征,在睡眠研究中多根据研究目的选择不同的实验动物.     

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.     

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.     

转基因果蝇模型与多聚谷氨酰胺疾病

多聚谷氨酰胺(polyglutamine,PolyQ)疾病是由CAG三核苷酸异常重复扩增并编码多聚谷氨酰胺链而致病的一类疾病.目前,已经发现了9种PolyQ疾病,临床表现为成年起病,缓慢进展性的神经系统功能障碍.近年来许多研究者用转基因动物模型(小鼠、果蝇、斑马鱼等)研究神经退行性疾病的表型、发病机制及治疗,其中,果蝇以其独特的分子遗传学优势成为研究PolyQ疾病的理想模式生物.本文就运用转基因果蝇研究PolyQ疾病的表型及发病机制作一综述.     

阿片μ受体阻滞剂对习得性无助小鼠运动能力及抑郁、焦虑样行为的影响

目的 探讨阿片μ受体(μopioid recepters,μRs)阻滞剂对习得性无助小鼠运动能力及行为的影响。方法 将小鼠随机分为学习-消退组、共轭组、对照组。在小鼠学习逃避电击刺激实验前进行μRs阻滞剂β-FNA或生理盐水(Sal)预处理。将小鼠在旷场实验中的运动距离进行t检验以观察小鼠的运动能力，通过穿梭箱、强迫游泳、高架十字迷宫、旷场等实验探究阻滞μRs后小鼠无助行为的变化。结果 两组小鼠较对照组运动距离无显著性差异；两组小鼠在3 d学习期内的被电击时间无差异；两组小鼠第2天与第3天的鼻触器触碰总次数具有显著性差异(P<0.001)。结论 阿片μ受体阻滞剂对习得性无助小鼠的运动能力无影响，μRs在对小鼠的逃避厌恶刺激的行为形成过程中有着重要调节作用。     

果蝇免疫研究进展及其感染分枝杆菌的免疫特征

耐药性、持续感染以及与HIV病毒的共感染等诸多因素导致一度得到控制的结核病死灰复燃, 有效控制日益严峻的结核病迫切需要深入认识其致病菌——结核分枝杆菌Mycobacterium tuberculosis的基础生物学特性, 以及宿主相应的免疫控制机理。目前尚无一个动物模型能够同时回答这些关键问题, 而利用多种动物模型有望从不同角度回答上述问题, 普遍认为果蝇Drosophila 是比较理想的研究结核病天然免疫的简易模式动物之一。本文综述了果蝇免疫研究的最新进展, 包括免疫途径及其新成员与负调控子, 重点总结了用海分枝菌杆菌M. marinum、偶发分枝杆菌M. fortuitum和耻垢分枝杆菌M. smegmatis等分枝杆菌感染果蝇的新发现, 其中包括感染期间不诱导抗菌肽表达, 多个宿主因子(如CD36家族成员和ESCRT)参与了应答, 鉴定出具有杀灭分支杆菌作用的β-己糖酰胺酶, 感染期间能量代谢相关基因差异表达等。这些工作为利用果蝇模型快速筛选治疗结核病的新药物靶标和药物先导物提供了思路。     

大蒜素调控黑腹果蝇产卵偏嗜性和适合度

[目的]研究果蝇对大蒜素的产卵选择,并解析果蝇产卵避性的机制和生物学意义.[方法]应用产卵双向选择装置,检测黑腹果蝇Drosophila melanogaster雌成虫对0.01％,0.015％和0.02％大蒜素的产卵选择性;利用产卵装置,检测黑腹果蝇对大蒜素的位置效应;通过毛细管摄食法检测黑腹果蝇摄食行为;利用黑暗(...     

以果蝇模型研究人类神经退行性疾病

人类神经退行性疾病是一类以神经元退行性病变导致个体行为异常乃至死亡为主要特征的疾病.果蝇以其独特的分子遗传学优势成为研究人类神经退行性疾病的理想模型.通过对果蝇模型的研究不仅可以揭示神经退行性疾病发生的细胞分子通路,还可以研究对疾病有调控作用的基因及其表达产物,寻找可能的药物作用靶点并进行药物筛选,为防治人类神经退行性疾病提供新的方法和有效的药物.     

综述: 学习和记忆的跨代遗传：果蝇能告诉我们真相吗？

学习记忆是一个获取、储存和再巩固新知识的过程,并以行为作为输出信号.学习记忆是高等生物适应动态环境不可或缺的。学习和记忆能力缺陷会导致精神类疾病,如精神分裂症、抑郁症和阿尔兹海默病等.近年来,有研究发现这些精神类疾病能够遗传给后代,所以以动物模型来研究学习和记忆的跨代遗传机制已经开始.在这篇综述里,首先简要概括了目前有关学习和记忆的分子机制、神经环路和跨代遗传的可能机制;然后,讨论了利用果蝇模型来研究学习和记忆跨代遗传的可能性.最后,我们提供了可能的策略用以揭示果蝇学习和记忆跨代遗传的表观遗传机制.     

学习和记忆的跨代遗传:果蝇能告诉我们真相吗?（英文）

学习记忆是一个获取、储存和再巩固新知识的过程,并以行为作为输出信号.学习记忆是高等生物适应动态环境不可或缺的。学习和记忆能力缺陷会导致精神类疾病,如精神分裂症、抑郁症和阿尔兹海默病等.近年来,有研究发现这些精神类疾病能够遗传给后代,所以以动物模型来研究学习和记忆的跨代遗传机制已经开始.在这篇综述里,首先简要概括了目前有关学习和记忆的分子机制、神经环路和跨代遗传的可能机制;然后,讨论了利用果蝇模型来研究学习和记忆跨代遗传的可能性.最后,我们提供了可能的策略用以揭示果蝇学习和记忆跨代遗传的表观遗传机制.     

果蝇肠道共生菌对宿主作用的研究进展

肠道共生菌是动物体内的重要组成部分,在宿主的生长发育和健康等方面发挥着重要作用,近年来已成为国内外的研究热点.果蝇作为研究肠道微生物菌群功能的优秀模型,在肠道共生菌与宿主关系研究方面已取得许多重要进展.在本文中,我们首先对果蝇肠道微生物的组成和特征作了总结,然后对果蝇肠道共生菌在其生长发育、营养与代谢、行为反应、寿命以...     

共生菌通过氧气浓度调控果蝇产卵偏嗜性

【目的】研究东方醋杆菌(Acetobacter orientalis)和短小乳杆菌(Lactobacillus brevis)通过氧气浓度调控黑腹果蝇(Drosophila melanogaster)产卵的偏嗜性,并研究其对后代存活率和发育历期的生物学意义。【方法】利用双相选择装置解析果蝇产卵行为。利用分光光度仪和pH计测量细菌的OD值与pH值。通过改变果蝇的视觉、味觉和嗅觉感官以检测介导果蝇产卵行为的感觉系统。用后代的发育历期与存活率评价其生物学意义。【结果】果蝇产卵对东方醋杆菌具有趋避性,产卵指数为–0.76,对短小乳杆菌具有趋向性,产卵指数为0.5,并且二者接种比例决定了果蝇的产卵选择。氧气作为一个调节因子,可改变果蝇对东方醋杆菌和短小乳杆菌的产卵偏嗜性。氧气是东方醋杆菌生长必需的条件,有氧培养的OD值为1.3,而无氧培养的OD值为0.4。氧气是短小乳杆菌生长非必需的条件,有氧和无氧培养的OD值均为2.2。破坏嗅觉可严重地影响果蝇对细菌的产卵偏嗜性。东方醋杆菌和短小乳杆菌均促进了果蝇的生长,分别提高存活率1倍和1.5倍,分别缩短果蝇发育历期1 d和2 d。【结论】东方醋杆菌和短小...     

短小乳杆菌的代谢产物对黑腹果蝇产卵选择性的影响

【目的】研究黑腹果蝇Drosophila melanogaster对短小乳杆菌Lactobacillus brevis有氧与无氧代谢产物的产卵选择,并解析这些代谢产物影响果蝇产卵行为的机制和生物学意义。【方法】应用产卵双选择装置,检测成年雌果蝇产卵的选择行为;利用黑暗条件(暗盒)、嗅觉突变体和摘除前足味觉感受器的方式探究介导该行为的感觉系统;通过在不同浓度乳酸(0, 70, 280 mmol/L)的培养基上培养黑腹果蝇,探究乳酸对其后代的发育历期和存活率的影响;利用免疫荧光染色法检测乳酸对果蝇肠道上皮细胞增殖情况的影响。【结果】短小乳杆菌无氧代谢产物引起成年雌性黑腹果蝇产卵避性,产卵指数为-0.47;短小乳杆菌有氧代谢产物乳酸含量为0.4 mmol/L,无氧代谢产物乳酸含量为126.8 mmol/L;雌性果蝇对乳酸同样产生产卵避性反应,且产卵避性随乳酸浓度的增高而增强。切除前足的果蝇对乳酸的产卵避性显著降低。与对照相比, 70 mmol/L的乳酸使幼虫的成蛹时间和成虫羽化时间分别延长了1.42 d和1.17 d,存活率降低了36.0%。乳酸明显破坏肠道上皮的完整性,促进肠道上皮细胞的增殖。【结论】短小乳杆菌无氧代谢产物引起成年果蝇产卵避性。果蝇主要通过味觉感知短小乳杆菌无氧代谢产物乳酸,这引起果蝇产卵避性,从而提高后代的生长发育和幼虫的存活率。     

拟果蝇对不同寄主水果的产卵选择与适应性研究

【目的】探明拟果蝇Drosophilasimulans对不同寄主水果的行为选择及适应性。【方法】利用四臂嗅觉仪等测定了拟果蝇对5种水果（苹果、红提、香梨、香蕉和杨梅）的趋性与产卵选择性,并比较不同水果饲喂对拟果蝇生殖和适合度指标的影响。【结果】拟果蝇对不同水果的气味喜好为：杨梅>香蕉>香梨>苹果,产卵选择喜好表现为：香蕉>红提>杨梅>香梨>苹果;与苹果饲养相比,拟果蝇在香蕉和杨梅上的产卵量较高、发育历期较短,而其孵化率、化蛹率和羽化率在5种寄主水果上无显著差异（P>0.05）。【结论】该研究初步明确了拟果蝇对5种水果的行为偏好及适应性,拟果蝇对不同水果的气味与产卵的偏好差异可能是其行为选择性与后代适应性权衡的结果,研究结果为该虫的综合防控提供理论依据。