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Nat Commun:东南大学潘玉峰课题组揭示求偶与睡眠行为相互作用及其性别二态性的神经机制

摘要 : 2017年7月28日,国际学术权威刊物自然出版集团旗下子刊《Nature Communications》杂志在线发表了东南大学生命科学研究院、“发育与疾病相关基因”教育部重点实验室潘玉峰课题组与耶鲁大学医学院Michael Nitabach教授合作的一项研究工作

2017年7月28日,国际学术权威刊物自然出版集团旗下子刊《Nature Communications》杂志在线发表了东南大学生命科学研究院、“发育与疾病相关基因”教育部重点实验室潘玉峰课题组与耶鲁大学医学院Michael Nitabach教授合作的一项研究工作,论文题为“Genetic and neuronal mechanisms governing the sex-specific interaction between sleep and sexual behaviors in Drosophila”。潘玉峰教授的博士生陈丹丹与Michael Nitabach教授的博士后Divya Sitaraman为共同第一作者,潘玉峰教授为排名最后的通讯作者。

神经科学的一个根本问题是了解动物以及人类行为是如何产生以及被调控的。利用动物模型研究两性相关行为、打斗、觅食以及学习记忆等行为的神经环路以及分子机制均取得了重大进展。然而,仅仅研究一种行为是远远不够的,一个普遍为神经科学家所忽视的科学问题是动物是如何从诸多可能的行为中特意选择一种行为输出,比如一只又饿又困的雄蝇面对雌蝇的“诱惑”,它是选择吃呢,睡呢,还是求爱呢?这种行为选择或者说行为之间的“优先级排序”存在于每一个人每一天的生活中。研究这种行为之间的抉择需要研究多种行为在神经环路水平是如何沟通的。

潘玉峰课题组的研究利用果蝇的求偶与睡眠这两种研究已经较为深入的行为为模型,在神经环路水平以及分子水平揭示了这两种行为是如何相互沟通的(见附图),并且这种沟通在雌性和雄性中显著不同。简要来说,这项研究发现:

1、雄蝇脑内感知雌蝇的P1神经元在睡眠缺乏状态下活性显著降低,雄蝇也因此减少求偶,而缺乏P1神经元的雌蝇在睡眠缺乏状态下照常接受求偶并交配;相对地,促进雄蝇求偶的P1神经元轻度激活时睡眠即显著下降;

2、雄蝇脑内促进求偶的P1神经元与抑制睡眠的DN1神经元在神经活性水平上相互促进,这揭示了求偶环路与睡眠环路在神经元水平上的相互沟通。雌蝇脑内没有P1神经元,其DN1神经元的数目也小于雄蝇,因此这两种行为之间的沟通必然存在两性差异;

3、转录因子Fruitless与Doublesex调控了雌雄睡眠的差异,Fruitless通过在不同神经元的作用分别调控求偶与睡眠行为。

该项研究揭示控制不同行为的神经环路之间存在相互作用,这种相互作用决定了哪种行为将优先输出。有趣的事,这种相互作用存在显著的雌雄差异,这为理解两性在行为选择差异性上的神经机制提供了理论基础。

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工作模型图

原文链接:

Genetic and neuronal mechanisms governing the sex-specific interaction between sleep and sexual behaviors in Drosophila

原文摘要:

Animals execute one particular behavior among many others in a context-dependent manner, yet the mechanisms underlying such behavioral choice remain poorly understood. Here we studied how two fundamental behaviors, sex and sleep, interact at genetic and neuronal levels in Drosophila. We show that an increased need for sleep inhibits male sexual behavior by decreasing the activity of the male-specific P1 neurons that coexpress the sex determination genes fruM and dsx, but does not affect female sexual behavior. Further, we delineate a sex-specific neuronal circuit wherin the P1 neurons encoding increased courtship drive suppressed male sleep by forming mutually excitatory connections with the fruM-positive sleep-controlling DN1 neurons. In addition, we find that FRUM regulates male courtship and sleep through distinct neural substrates. These studies reveal the genetic and neuronal basis underlying the sex-specific interaction between sleep and sexual behaviors in Drosophila, and provide insights into how competing behaviors are co-regulated.

来源: Nature Communications 浏览次数:0

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