生命學院張偉課題組發(fā)現(xiàn)果蠅產(chǎn)卵決策行為新機制
2020年7月9日，清華大學生命學院、IDG/麥戈文腦科學研究院張偉研究員在《當代生物學》（Current Biology）雜志上在線發(fā)表題為“平行機械感受信號通路介導果蠅產(chǎn)卵決策行為”（Parallel Mechanosensory Pathways Direct Oviposition Decision-Making in Drosophila）的研究長文，報道了關于動物感知機械力神經(jīng)機制的最新研究結果。
動物依賴特化的機械感受器官和神經(jīng)元感知外界環(huán)境中的機械力信號，如觸覺、聲音、質地硬度等。黑腹果蠅利用唇瓣上的機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)卵地點時需要利用多個感覺器官，如足、唇瓣和產(chǎn)卵器判定產(chǎn)卵基質的硬度，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)卵地點的硬度識別是一個更為復雜，且包含多個機械力感覺步驟的過程，但負責機械力感知的神經(jīng)機制仍待詳細研究。利用遺傳學篩選、行為學測定、光學成像以及神經(jīng)環(huán)路標記方法，本研究鑒定了三條平行的機械力感受通路，分別表達不同的機械感受受體，最終介導果蠅選擇低硬度區(qū)域產(chǎn)卵，且該編碼機制完全不同于已報道的取食硬度感受機制模型。該研究有助于加深機械力感受分子和細胞機制的理解，促進解析神經(jīng)編碼的復雜性，特別是為下游中樞神經(jīng)系統(tǒng)信號整合機制的探究奠定基礎。
圖1：研究總結示意圖。
作者設計了一種雙選產(chǎn)卵裝置，內部含有兩種不同濃度的瓊脂糖溶液，模擬兩個不同的產(chǎn)卵基質硬度。根據(jù)二者的硬度差異范圍，分成細微，弱和中等三個測試區(qū)間。行為學結果顯示果蠅能夠偏好低硬度區(qū)域產(chǎn)卵，且偏好強度與差異范圍相關。接下來，通過切除不同的機械感受組織器官和篩選不同機械敏感離子通道突變體，發(fā)現(xiàn)細微范圍的感受主要依賴唇瓣的Iav-Gal4和Nan-Gal4標記的神經(jīng)細胞（sd-L）。進一步的實驗發(fā)現(xiàn)，在NompC-Gal4標記的跗節(jié)神經(jīng)元內特異性敲降Nan表達水平后引起響應大硬度差異范圍的行為反應表型，這些證據(jù)證明足部跗節(jié)Nan+/NompC+感受細胞介導對弱和中等硬度范圍內的低硬度選擇。最后，作者發(fā)現(xiàn)表達在足部跗節(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?？偨Y下來，該研究工作使我們加深了對于動物感知和編碼外界機械力刺激神經(jīng)基礎的理解，為闡明中樞神經(jīng)系統(tǒng)處理外周機械信號的神經(jīng)環(huán)路機制奠定基礎。
清華大學生命學院博士后張立偉和清華-北大生命科學聯(lián)合中心2017級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-北大生命科學聯(lián)合中心和清華-IDG/麥戈文腦科學研究院的支持。
原文鏈接：https://www.cell.com/current-biology/fulltext/S0960-9822(20)30763-6
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