林氏果蝇姐妹种“交配求偶”中求爱歌变异的行为遗传学研究

果蝇在求偶中，雄蝇振动翅膀产生的求爱脉冲歌对交配成功起重要作用。但申请人等首次证实林氏果蝇（Drosophila lini）及其姐妹种在交配求偶行为中，雄蝇的种特异性正弦歌（sine song）在雌蝇识别配偶中起重要作用。本项目以林氏果蝇姐妹种作为正弦歌与交配求偶行为的研究模型，通过回放（playback）实验，验证正弦歌频率对林氏果蝇姐妹种雌性偏好性及繁殖力的影响，并将实验扩展至其他具有交配求偶行为的果蝇物种中；建立高频率正弦歌物种D. lini与低频率正弦歌物种D. ohnishii的回交F2后代系统，通过cSNP-RFLP的基因型分析，筛选与正弦歌频率紧密相关的候选基因；通过组织特异性表达调控特征分析，揭示fruitless及ebony等重要基因与正弦歌频率的潜在联系。由此初步阐明林氏果蝇正弦歌在性隔绝中的作用及其行为遗传学的分子机制，对果蝇神经生物学和物种形成研究也具有重要意义。

在果蝇预交配求偶（precopulatory courtship）中，雄蝇在乘骑（mounting）前振动翅膀产生求偶脉冲歌（pulse song）使雌蝇接受其求偶，达成成功交配。而本课题研究的林氏果蝇（D. lini）及其姐妹种则例外，乘骑前雄蝇并不显示预交配求偶行为，而显示乘骑后振动翅膀产生求偶歌的交配求偶（copulatory courtship）行为。本项目通过切翅实验，验证了雄蝇的翅影响雄蝇乘骑时间，产生相同频率正弦歌（sine song）的雄蝇翅延长了求偶中的乘骑时间，而不同频率的雄蝇翅则反之，证明雌蝇对不同物种的翅具有识别能力。在回放（playback）实验中，高频正弦歌的两个物种D. lini和D. ogumai均在250Hz人工正弦歌下乘骑时间最长，而低频物种D. ohnishii在170Hz下乘骑时间最长，证明种特异正弦歌频率是D. lini及其姐妹种配偶识别系统（Specific Mate Recognition System, SMRS）的主要信号之一。D. lini和D. ogumai偏好高频正弦歌（约250Hz），而D. ohnishii偏好低频正弦歌（约170Hz）。建立具高频正弦歌D. lini 与具低频正弦歌D. ohnishii 的回交后代系统，杂交F1代的正弦歌频率揭示，母体效应影响正弦歌频率，由回交后代的正弦歌频率推断出，其他遗传因素如X染色体上的基因对正弦歌频率有一定程度的影响。用约束性最大似然法（Restricted Maximum Likelihood，REML）对回交体系的各种遗传参数进行估计并进一步揭示，常染色体上的基因（additive autosomal variation）对正弦歌频率起主要作用，X染色体的越亲效应（transgressive effect）也有一定的影响。通过构建D. lini的性成熟雄蝇全长均一化cDNA文库，以及高频物种D. lini 和低频物种D. ohnishii雄蝇的抑制消减杂交文库分析（SSH），获得了果蝇求偶行为相关基因。该项目首次揭示，种特异性频率正弦歌在林氏果蝇及其姐妹种的独特交配求偶中起着关键的作用，初步解析了正弦歌频率的遗传学机制，获得与交配求偶行为相关基因。研究成果为果蝇求偶行为进化研究提供了全新的研究模型——交配求偶与种特异性正弦歌，在求偶行为进化研究中意义重大。