生命學(xué)院張偉課題組發(fā)現(xiàn)果蠅產(chǎn)卵決策行為新機(jī)制
2020年7月9日，清華大學(xué)生命學(xué)院、IDG/麥戈文腦科學(xué)研究院張偉研究員在《當(dāng)代生物學(xué)》（Current Biology）雜志上在線發(fā)表題為“平行機(jī)械感受信號(hào)通路介導(dǎo)果蠅產(chǎn)卵決策行為”（Parallel Mechanosensory Pathways Direct Oviposition Decision-Making in Drosophila）的研究長(zhǎng)文，報(bào)道了關(guān)于動(dòng)物感知機(jī)械力神經(jīng)機(jī)制的最新研究結(jié)果。
動(dòng)物依賴特化的機(jī)械感受器官和神經(jīng)元感知外界環(huán)境中的機(jī)械力信號(hào)，如觸覺、聲音、質(zhì)地硬度等。黑腹果蠅利用唇瓣上的機(jī)械感覺毛判斷食物表面硬度，起始取食行為。。除了取食硬度感知，果蠅選擇產(chǎn)卵地點(diǎn)時(shí)需要利用多個(gè)感覺器官，如足、唇瓣和產(chǎn)卵器判定產(chǎn)卵基質(zhì)的硬度，并最終決定產(chǎn)卵決策行為。相較于取食過程中的硬度感知，產(chǎn)卵地點(diǎn)的硬度識(shí)別是一個(gè)更為復(fù)雜，且包含多個(gè)機(jī)械力感覺步驟的過程，但負(fù)責(zé)機(jī)械力感知的神經(jīng)機(jī)制仍待詳細(xì)研究。利用遺傳學(xué)篩選、行為學(xué)測(cè)定、光學(xué)成像以及神經(jīng)環(huán)路標(biāo)記方法，本研究鑒定了三條平行的機(jī)械力感受通路，分別表達(dá)不同的機(jī)械感受受體，最終介導(dǎo)果蠅選擇低硬度區(qū)域產(chǎn)卵，且該編碼機(jī)制完全不同于已報(bào)道的取食硬度感受機(jī)制模型。該研究有助于加深機(jī)械力感受分子和細(xì)胞機(jī)制的理解，促進(jìn)解析神經(jīng)編碼的復(fù)雜性，特別是為下游中樞神經(jīng)系統(tǒng)信號(hào)整合機(jī)制的探究奠定基礎(chǔ)。
圖1：研究總結(jié)示意圖。
作者設(shè)計(jì)了一種雙選產(chǎn)卵裝置，內(nèi)部含有兩種不同濃度的瓊脂糖溶液，模擬兩個(gè)不同的產(chǎn)卵基質(zhì)硬度。根據(jù)二者的硬度差異范圍，分成細(xì)微，弱和中等三個(gè)測(cè)試區(qū)間。行為學(xué)結(jié)果顯示果蠅能夠偏好低硬度區(qū)域產(chǎn)卵，且偏好強(qiáng)度與差異范圍相關(guān)。接下來，通過切除不同的機(jī)械感受組織器官和篩選不同機(jī)械敏感離子通道突變體，發(fā)現(xiàn)細(xì)微范圍的感受主要依賴唇瓣的Iav-Gal4和Nan-Gal4標(biāo)記的神經(jīng)細(xì)胞（sd-L）。進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在NompC-Gal4標(biāo)記的跗節(jié)神經(jīng)元內(nèi)特異性敲降Nan表達(dá)水平后引起響應(yīng)大硬度差異范圍的行為反應(yīng)表型，這些證據(jù)證明足部跗節(jié)Nan+/NompC+感受細(xì)胞介導(dǎo)對(duì)弱和中等硬度范圍內(nèi)的低硬度選擇。最后，作者發(fā)現(xiàn)表達(dá)在足部跗節(jié)的Piezo蛋白僅參與感受弱硬度范圍，而不影響中等范圍的行為反應(yīng)?？偨Y(jié)下來，該研究工作使我們加深了對(duì)于動(dòng)物感知和編碼外界機(jī)械力刺激神經(jīng)基礎(chǔ)的理解，為闡明中樞神經(jīng)系統(tǒng)處理外周機(jī)械信號(hào)的神經(jīng)環(huán)路機(jī)制奠定基礎(chǔ)。
清華大學(xué)生命學(xué)院博士后張立偉和清華-北大生命科學(xué)聯(lián)合中心2017級(jí)博士生余潔為本文共同第一作者，張立偉博士和張偉研究員為本文共同通訊作者。該研究工作得到國家自然基金委、北京市科委和清華-IDG/麥戈文腦科學(xué)研究院“Brain+X”種子基金的資助。張偉課題組受到清華-北大生命科學(xué)聯(lián)合中心和清華-IDG/麥戈文腦科學(xué)研究院的支持。
原文鏈接：https://www.cell.com/current-biology/fulltext/S0960-9822(20)30763-6
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