解析果蝇觅水行为的神经机制

Water is crucial for the survival of terrestrial animals. Water makes up the majority of the animal body. Acute loss of one tenth of body water could result in death in human, while chronic water imbalance could cause multiple disorders and accelerate aging process.. Animals obtain water from food, metabolism and, more importantly, drinking. It is therefore vital for thirsty animals to locate water sources efficiently in the wild. Water-seeking behavior has been well studied in different kinds of organisms. However, the neural circuits and molecular mechanisms of water-seeking in animals are still poorly understood.. Here, we established a novel paradigm to study the water-seeking behavior (hygrotaxis) in Drosophila. In this paradigm, dehydrated flies rapidly aggregate near an inaccessible water source. Our preliminary work demonstrated that hygrotactic behavior relies on both specific sensory organs and central brain neurons. Importantly, from a genetic screen, we identified a gene belonging to the ion channel pickpocket super-family, the mutant flies showed defective hygrotactic behavior. Built upon these findings, we propose to further investigate the neural substrates of hygrosensation. This would be the first animal model to reveal the neural mechanisms of hygrosensation.

当生命进化到离开海洋，补充并保持体内水分就成为陆生动物生存的关键之一。水在构成生物体的所有化合物中占比最大。人类急性缺失1/10的水就会导致生命危险；慢性缺水容易造成高血压、高脂血症和高黏血症等，引发器官和组织损伤，加速衰老。. 动物体的主要水分来源是食物摄、代谢产生和饮水。及时找到水源并补充水分对维持人及动物的生命和健康至关重要。动物觅水行为已有不少宏观层面的研究，然而对于介导水感知的神经环路及分子机制目前还知之甚少。. 为了深入研究动物觅水行为的神经和分子机制，申请人在实验室条件下建立了果蝇觅水的行为范式。前期工作表明，干渴的果蝇会迅速向水源聚集，该行为依赖于特定外周感受器和中枢脑区的神经元。通过遗传学筛选，我们鉴定到了一个ppk家族的离子通道基因，该基因的突变果蝇丧失觅水能力。本项目计划从该基因入手，系统解析介导觅水行为的神经环路并寻找相关分子机制。

水是生命之源，是生物赖以生存和发展不可缺少的最重要的物质资源之一。动物体的主要水分来源是食物摄入、代谢产生和饮水。对于一切生物，尤其是野外生存的动物而言，及时找到水源并补充水分对维持生命至关重要。对于生活在现代社会中的人类而言，渴觉不敏感和长期饮用高渗饮品导致的隐性缺水也对健康有很大损害。觅水行为已有不少宏观层面的研究，然而对于介导水感知的神经环路及分子机制目前还知之甚少。.在本项目的支持下，我们完善并新建了多个研究果蝇觅水行为的范式。通过这些行为学范式我们确定了果蝇的一个经典脑区-蘑菇体是调控觅水行为的重要脑区。并且对200余个蘑菇体神经元（蘑菇体神经元、蘑菇体输入神经元和蘑菇体输出神经元）相关品系进行了失活和激活后的行为学测试，通过多种环路解析技术对筛选出的神经元进行了上下游关系鉴定，进而解析了蘑菇体相关神经元调控果蝇水感知和渴感知的神经环路。在分子层面上，我们发现五羟色胺系统在调控果蝇觅水行为中起到了重要作用。.通过四年的研究，我们建立起了一套有效的研究果蝇觅水行为的方法。通过该方法我们成功的绘制出了调控果蝇水感知和渴感知的蘑菇体区域神经元链接图谱。本项目深入研究水感知及渴感知的神经环路及分子机理，为治疗人类因缺水包括隐性缺水而引起的疾病提供理论依据和新的思路。.