eLife: 潘玉峰课题组揭示果蝇性取向如何决定

发布者:许峰发布时间:2021-02-06浏览次数:13


本能行为是人与动物都具备的与生俱来的行为,不需要经过学习获得,比如吃、睡、逃避天敌等,通常都是生存与繁衍必要的行为,重要性不言而喻。本能行为主要由遗传控制,是研究基因如何决定行为的重要研究模型。

是否存在决定复杂本能行为的单基因?这一看似荒诞的问题,科学界其实已经争论了几十年。2001年斯坦福大学的Bruce Baker教授就在Cell上撰写综述探讨了这一问题,提出自然界确实存在决定复杂本能行为的单基因(尽管并不普遍),比如fruitlessfru)基因决定果蝇的本能求偶行为[1]。果蝇的本能求偶行为仅存在于一个性别中,即雄性求偶,雌性不求偶;而fru基因正好产生雄性特异的蛋白FruM,缺失FruM的雄蝇不会对雌蝇求偶,而当在雌蝇中改造fru基因使其表达FruM蛋白时,雌蝇也开始表现求偶行为[2, 3]一个基因,仅在一个性别中表达,开启性别特异的求偶行为;如果在本没有该行为的另一性别中表达,也能开启这一行为,似乎完美。那么,这个单基因是如何决定一套复杂本能行为的呢?

近日,东南大学生科院潘玉峰教授在eLife上发表研究论文“fruitless tunes functional flexibility of courtship circuitry during development”提出fru并不是求偶行为的开关,而是调控求偶神经环路的“调音师”,通过其表达模式和表达量,决定了求偶行为的模式[4]

eLife digesteLife编辑部助评): how to court a fly


该研究主要有三个发现:第一、fru基因在一段关键的发育阶段调控求偶神经环路的发育/构建,并直接决定其产生本能的异性求偶行为;第二、fru基因在成年阶段对异性求偶行为并不重要,但是可以抑制同性求偶行为的产生;第三、fru基因并不是求偶行为的“开关”,即有和无,而是决定了求偶行为的模式:后天习得性求偶(无fru)、本能异性求偶(正常fru)、本能同性求偶(fru整体表达低)、本能双性求偶(fru在部分神经元表达低)。


模型图:A: fru分别在发育阶段和成年阶段促进异性求偶和抑制同性求偶;B: fru的表达模式和强度决定了求偶模式:同性恋、双性恋、异性恋等。


这一发现进一步扩展了该实验室在2014Cell论文中提出的行为决定的本能获得与后天获得的两套遗传机制[5]。同时,这些发现对于重新认识单基因如何调控复杂本能行为提供了重要启示:即便是与生俱来的本能行为,其神经环路都存在重大可塑性;而一个基因如何赋予一套行为神经环路多样化的功能,将是后续研究的重点。

该研究的第一作者为博士生陈洁,通讯作者为潘玉峰教授及其团队成员彭琼琳博士。该项目受到国家优秀青年基金、面上项目等资助。


参考文献:

1.Baker, B.S., B.J. Taylor, and J.C. Hall, Are Complex Behaviors Specified by Dedicated Regulatory Genes? Reasoning from Drosophila. Cell, 2001. 105(1): p. 13-24.

2.Demir, E. and B.J. Dickson, fruitless splicing specifies male courtship behavior in Drosophila. Cell, 2005. 121(5): p. 785-94.

3.Manoli, D.S., et al., Male-specific fruitless specifies the neural substrates of Drosophila courtship behaviour. Nature, 2005. 436(7049): p. 395-400.

4.Chen, J., et al., fruitless tunes functional flexibility of courtship circuitry during development. Elife, 2021. 10.

5.Pan, Y. and B.S. Baker, Genetic identification and separation of innate and experience-dependent courtship behaviors in Drosophila. Cell, 2014. 156(1-2): p. 236-48.



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