雄性果蝇本能求偶行为中感觉信息整合的分子与神经机制研究

Innate behavior,an important component of animal behavior and human behavior, is built into the nervous system during development and does not require learning, thus is an ideal model to study how genes control behavior. Among innate behaviors, Drosophila male courtship behavior is perhaps one of the most important and successful model systems to study the underlying molecular and neuronal mechanisms. It has been found that a transcription factor Fruitless (FRU) controls male courtship behavior as well as sexual orientation in flies. How FRU controls male courtship through its expressing neural circuitry is most challenging in the field. We hypothesize, based on previous findings, that subsets of male-specific and FRU-expressing neurons (P1) integrate courtship-related sensory information and control male courtship behavior. We aim to investigate mainly on: (1) whether and how P1 neurons integrate olfactory and tactile information and control male courtship behavior; (2) how FRU functions in the above sensory systems and P1 neurons to allow sensory perception and integration; and (3) FRU’s target genes and their function. These studies will reveal basic mechanisms of how a single gene through its expressing neural circuitry to control an innate behavior.

本能是动物行为包括人类行为的一种重要表现形式，其在发育过程中已经构建于神经系统中，不需要后天学习获得，是研究基因如何控制行为的一种理想模型。在本能行为的分子与神经机制研究中，雄性果蝇的求偶行为可能是最重要和最成功的研究模型之一。研究发现雄性果蝇的求偶行为包括求偶的性取向都受到转录因子Fruitless（FRU）的调控。FRU蛋白如何通过其表达的神经环路控制本能求偶行为是目前研究的难点。本项目基于已有发现提出假设：雄性特有的一类表达FRU的P1神经元负责整合求偶行为相关的感觉刺激，进而决定求偶行为的输出。我们拟集中解决三个问题：一是研究P1神经元是否以及如何整合嗅觉、触觉等感觉刺激进而决定求偶行为的输出；二是探索在感觉刺激以及P1整合信息的整个过程中FRU蛋白发挥的功能；三是鉴定一批FRU的靶基因并同时探索其功能。本项目的研究将深刻揭示一个关键基因如何有效的控制一种本能行为的神经机制。

本能是动物行为包括人类行为的一种重要表现形式，其在发育过程中已经构建于神经系统中，不需要后天学习获得，是研究基因如何控制行为的一种理想模型。在本能行 为的分子与神经机制研究中，雄性果蝇的求偶行为可能是最重要和最成功的研究模型之一。我们和其他人的研究已发现雄性果蝇的求偶行为受到转录因子Fruitless（FRU）的控制，特别是受一类雄性特有的表达FRU的P1神经元的调控。本项目研究发现，P1神经元在整合嗅觉、触觉等感觉信息后调控多种本能行为，是一个行为抉择的高级中枢。本项目还鉴定了一种神经肽Drosulfakinin（DSK），DSK在四对表达FRU的中间神经元中抑制求偶行为。我们发现DSK信号响应环境刺激和多种生理状态，进而作用于其受体CCKLR-17D3以调控求偶行为。我们进一步发现整合感觉信息的P1神经元和响应生理状态的Dsk神经元在突触水平的相互作用。因此本项目的研究揭示了外在感觉信息和内在生理状态在神经环路水平如何协同调控求偶行为。