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。     

细菌不会加速生物体死亡

美国科学家近日通过对果蝇的研究表明．无菌果蝇并不会比体内充满细菌的果蝇活得更长。这无疑将对人类的老化研究产生重要影响。相关论文发表在8月8日的《细胞一代谢》杂志上。该项研究由美国南加州大学的分子与计算生物学副教授John Tower领导完成。他和同事比较了无菌果蝇（该种果蝇产自用抗生素清洗过的果蝇卵,并一直在无菌环境中用消过毒的食物喂养）和普通果蝇后发现,这2种果蝇具有大致相同的寿命。这表明细菌并不会加速果蝇的死亡。[第一段]     

食物营养对黑腹果蝇中肠干细胞的影响

【目的】研究市场上常见的几种儿童、青少年较为喜爱的小食品的主要营养成分,及其对黑腹果蝇Drosophila melanogaster的体重、发育等的影响,进而探讨膳食中营养均衡的重要性。【方法】采用双缩脲法、苏丹Ⅲ染色法及碘酒染色法分别对食物中的蛋白质、脂肪及淀粉含量进行测定。分别用基础培养基或实验用食品配制的培养基培养黑腹果蝇,待果蝇卵孵化后,取一定数量果蝇个体进行称重,并对果蝇中肠进行解剖和免疫荧光染色,观察果蝇肠道发育情况。【结果】基础食物(培养基)中的蛋白质、脂肪及淀粉含量配比较为均衡,而实验用零食有些脂肪含量较高,有些蛋白质含量较高,有些淀粉含量较高,配比严重失衡。淀粉及脂肪含量均较高的食物能引起果蝇体重超重;同时果蝇肠道细胞Arm/Pros的染色显著增加,显示肠道干细胞数目显著增加,另外果蝇肠壁明显加厚;而食物中淀粉或蛋白质严重缺失的食物则引起果蝇发育障碍。其中,在高碳水化合物但几乎没有蛋白质存在的食物中,果蝇干细胞数目同样增加很多,肠壁加厚,但其体重显著降低,同时发育迟缓。在高蛋白高脂肪低碳水化合物的食物中,中肠干细胞数目明显减少,果蝇肠壁变薄,发育受到影响。将几种实验组食物按照基础食物的蛋白质、脂肪及淀粉含量进行配比混合,模拟营养的均衡配比,喂养果蝇后发现,营养成分配比均衡极大地缓解配比失衡后所造成的中肠损伤,并使果蝇的个体发育恢复均衡。【结论】食物中的营养失衡会显著影响果蝇的体重以及肠壁和肠道干细胞的数目,导致果蝇体重下降或上升,肠道细胞增殖功能紊乱,对果蝇发育产生严重影响。这些结果提示了儿童偏好零食引起的营养不良和过度肥胖及肠道功能障碍,因此建议青少年儿童不能偏好零食,要做到合理膳食,营养均衡。     

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.     

研究: 甲醛对果蝇寿命及其在应激条件下耐受性的影响

虽然甲醛对人及动物多种器官的毒性作用已经有了大量研究,但不同浓度甲醛影响动物寿命的研究还极其少见.本文用黑腹果蝇作为模式生物,在食物中添加不同浓度的甲醛,观察果蝇寿命及其在应激条件下耐受性的变化.实验结果显示,雌性果蝇的寿命表现出对甲醛浓度的依赖,0.037%甲醛可以极显著地延长雌性果蝇的寿命,较高浓度甲醛(≥0.185%)可以极显著地缩短雌性果蝇与雄性果蝇的寿命.0.037%甲醛还可以极显著地增强雌性和雄性果蝇对饥饿以及高温的耐受性,但减弱其对活性氧的耐受性.这些结果有助于从新的途径研究果蝇寿命及其在应激条件下耐受性的分子机制.     

甲醛对果蝇寿命及其在应激条件下耐受性的影响

虽然甲醛对人及动物多种器官的毒性作用已经有了大量研究,但不同浓度甲醛影响动物寿命的研究还极其少见.本文用黑腹果蝇作为模式生物,在食物中添加不同浓度的甲醛,观察果蝇寿命及其在应激条件下耐受性的变化.实验结果显示,雌性果蝇的寿命表现出对甲醛浓度的依赖,0.037%甲醛可以极显著地延长雌性果蝇的寿命,较高浓度甲醛(≥0.185%)可以极显著地缩短雌性果蝇与雄性果蝇的寿命.0.037%甲醛还可以极显著地增强雌性和雄性果蝇对饥饿以及高温的耐受性,但减弱其对活性氧的耐受性.这些结果有助于从新的途径研究果蝇寿命及其在应激条件下耐受性的分子机制.     

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。     

果蝇在肿瘤学研究中的优势及应用前景

果蝇作为研究人类疾病的模式生物, 与哺乳动物不仅在基本的生物学、生理学和神经系统机能等方面比较相似, 而且果蝇有其作为模式生物的独特优势。近年来的研究表明, 果蝇和人类在肿瘤发生信号通路等方面的保守性很高, 而且果蝇具有很强的遗传学可操作性, 是肿瘤学研究有效的模型之一, 可用于研究人类肿瘤发生、发展、转移等分子机制。文章综述了果蝇在肿瘤学研究中的优势、已建立的用于研究特定癌症的果蝇模型, 并对其在未来肿瘤学的研究方向进行展望, 以期为国内肿瘤学研究和抗肿瘤药物的研发提供参考。     

产气荚膜梭菌促进黑腹果蝇的生长和发育

【目的】黑腹果蝇Drosophila melanogaster肠道中栖生着众多微生物,通过分离和研究其内共生菌,以研究肠道菌群的多态性和作用。【方法】利用Hungate滚管技术从黑腹果蝇成虫肠道分离厌氧细菌;通过记录果蝇的发育历期和生长速率,检测该细菌对果蝇发育和生长的影响。【结果】首次从黑腹果蝇肠道内分离到一株产气荚膜梭菌Clostridium perfringens。该菌能够有效地定植到果蝇肠道内,是果蝇肠道共生菌。产气荚膜梭菌显著地缩短无菌果蝇的发育历期,将无菌果蝇成蛹天数由20 d缩短到8.1 d,羽化天数由30 d缩短到12.7 d。该菌还可以提高果蝇生长速率。【结论】本研究揭示了产气荚膜梭菌是果蝇的内共生菌,可以通过提高生长速率而有效地促进果蝇的生长和发育。     

催生诺贝尔奖的昆虫——果蝇

果蝇是双翅目果蝇科果蝇属昆虫,用作模式生物的一般是常见的黑腹果蝇。果蝇在遗传与进化、胚胎发育、细胞生理等方面研究中是极为优良的模式动物。阐述了果蝇的特点和作为生物学研究材料的优势,以及由果蝇研究而产生的成果及实际意义。果蝇遗传物质结构相对简单,有大量的性状变异;摩尔根获得了诺贝尔奖,与那只"例外"的白眼果蝇和染色体不分离的"例外"现象息息相关。如今,在遗传学模式生物中,果蝇几乎成为研究遗传规律和遗传现象的头号选手。果蝇作为材料的研究几乎始终引领着生命科学,特别是遗传学和发育生物学的发展。     

果蝇肠道干细胞研究进展

对果蝇Drosophila melanogaster Meigen肠道干细胞的研究现已触及生物学的很多方面,目前对这类细胞的研究主要集中于干细胞的小生境、信号路径的调控和细胞的分化,本文阐述了果蝇肠道干细胞研究方面的最新进展。果蝇肠道干细胞和脊椎动物肠道干细胞有诸多类似之处,所以弄清果蝇肠道干细胞的机理,可以为复杂的脊椎动物肠道干细胞研究提供了一定的理论基础。     

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(...     

Deletion of gene fragment Df(3R)Espl3/TM6C affects sleep duration in Drosophila melanogaster

[目的]果蝇的睡眠活动具有生物节律性,可受到基因的调控.为了寻找影响果蝇睡眠时间的基因,本研究对与果蝇睡眠时间相关的基因型进行了筛选.[方法]选择黑腹果蝇Drosophila melanogaster基因缺失系5601,8904,7061,7146,27327,669,8103,691,9697,24416,26525,5411,3096,5877和7682的7日龄成虫和野生CS品系7日龄成虫为研究对象,利用果蝇活动监测器系统(Drosophila Activity Monitoring System,DAMS),记录果蝇的睡眠时间,累计计算24h内果蝇睡眠时间,将测得的各品系果蝇睡眠时间进行对比分析.[结果]与野生型CS品系7日龄成虫相比,缺失Df(3R)Espl3/TM6C基因片段的5601品系7日龄成虫睡眠时间明显缩短(P＜0.001).[结论]缺失Df(3R)Espl3/TM6C基因片段与果蝇睡眠有关.本研究结果为揭示影响果蝇睡眠时间的基因提供数据支持,进而为研究人类睡眠提供线索.     

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     

肠道哈夫尼菌促进黑腹果蝇的发育

目的分离和鉴定黑腹果蝇肠道共生微生物,并研究其促进果蝇身体发育的功能。方法利用Hungate滚管技术,分离厌氧细菌;运用定植实验证明其为果蝇肠道共生菌;用悉菌实验来检测细菌对果蝇发育的影响。结果本研究从野外捕获的果蝇体内分离到蜂房哈夫尼菌(Hafnia alvei),而且证实它能够在果蝇肠道内有效地定植并且能在培养基中稳定持续地存在,说明蜂房哈夫尼菌是果蝇肠道共生菌。此外,蜂房哈夫尼菌能显著地缩短无菌果蝇的发育周期及提高生长速率。结论证明了蜂房哈夫尼菌是果蝇肠道的共生菌,并且其可以有效地促进果蝇的生长发育。     

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。     

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.     

共生大肠杆菌促进黑腹果蝇生长发育（英文）

【背景】共生菌对宿主的很多生理功能有着重要影响,但微生物菌群的多样性和复杂性使得探索其潜在的机制存在困难。黑腹果蝇的无菌和悉菌模型可以被用来研究细菌和宿主的相互作用。【目的】分离和鉴定果蝇肠道大肠杆菌,并研究其对宿主生长发育的影响。【方法】利用大肠杆菌选择性培养基分离果蝇肠道大肠杆菌,通过16S rRNA基因序列比对鉴定菌株。利用体外和体内定殖实验验证共生关系。通过果蝇的发育历期和生长速率实验检测该细菌对宿主生长发育的影响。利用RT-qPCR技术对促胸腺激素及胰岛素信号通路相关基因的表达水平进行检测。【结果】从实验室饲养和野生果蝇肠道体内分离并鉴定得到大肠杆菌。体内和体外定殖试验中大肠杆菌可以和果蝇肠道共生菌共存,说明大肠杆菌是果蝇肠道共生菌。另外,大肠杆菌通过提高果蝇生长速率促进其发育。在分子水平上,大肠杆菌可以激活果蝇体内脑促胸腺激素和胰岛素信号通路相关基因的表达。【结论】大肠杆菌是果蝇肠道共生菌并能促进果蝇生长发育。     

果蝇研究技术与资源的开发

黑腹果蝇(Drosophila melanogaster)是进行生物医学研究的理想模型,但研究过程往往受到遗传工具和品系资源的限制,无法有效地调控目的基因表达,阻碍实验的深入开展。为了方便果蝇领域的实验室开展研究,我们首先开发并优化了基于CRISPR/Cas9的基因组编辑技术,随后研发了转录激活系统和新一代转基因干扰技术,最终可以简单高效、准确特异地调控目的基因表达。同时,利用这些遗传学新技术,我们构建了相应的基因敲除、转基因转录激活、转基因干扰的果蝇品系资源库,使清华大学果蝇中心成为世界上最重要的果蝇技术和资源中心之一。这些新技术以及相应的果蝇资源,正在被国内外果蝇研究领域的实验室所应用,对发育和疾病等相关研究发挥着广泛的促进作用。     

爬沙虫提取液对果蝇繁殖力及寿命的影响

本实验通过研究爬沙虫提取液对果蝇繁殖力及寿命的影响,证实爬沙虫提取液具有增强果蝇的繁殖力和提高雌性果蝇寿命的作用。采用乙醚麻醉法,收集8 h内羽化的成虫,选择个体大小相近的雌雄果蝇,在不同爬沙虫浓度的培养基中培养,统计各组第一子代(first filial generation,F1)果蝇成体的数目及果蝇体重。收集各培养基中果蝇,区分雌雄,在原浓度爬沙虫培养基中培养,每日观察果蝇死亡数,直至全部死亡。结果表明:与对照组比较,各爬沙虫处理组子代果蝇雄体数目均显著增加(P<0.05),2.500%组的子代果蝇雌体数目差异显著(P<0.05)。各爬沙虫处理组刚羽化的果蝇体重极显著高于对照组(P<0.01)。2.500%剂量组果蝇雌体平均寿命极显著增加(P<0.01)。本研究为更好地利用爬沙虫的药用价值提供了参考依据。