论文部分内容阅读
食物对于动物的生存来说至关重要。为了应对环境的变化，动物进化出了一系列的行为策略来获取必须的营养物质。觅食和进食这两种主要的食物相关行为在遗传学和神经生物学中被广泛研究，但是目前我们对这两种行为仍然缺乏一个跨领域的全面认识。
之前的研究发现，cGMP依赖蛋白激酶(PKG)在许多物种中都参与调控动物的觅食和进食行为。在果蝇中，位于二号染色体的foraging基因编码了PKG，而for基因的两个等位基因forR和fors被发现主导了果蝇幼虫在觅食上的两种不同策略。在食物环境下，PKG活性较高的forR幼虫呈现一种被称为Rover（流浪者）的觅食策略:爬行较远距离觅食，但是进食量较少;而PKG活性较低的fors幼虫呈现一种被称为Sitter（安居者）的觅食策略:爬行较短距离觅食，但是进食量较多。然而在没有食物的环境下，这两种幼虫的觅食距离相同。到目前为止，是怎么样的神经机制调控了这两种不同的觅食策略仍不清楚。
在本文中，我们发现果蝇中类胰岛素-7(Drosophilainsulin-likepeptide7，dilp7)的分泌神经元负责调控了这两种行为。dilp7神经元位于幼虫的腹部神经节中，投射到幼虫的后肠。通过实验我们发现，for基因是在dilp7神经元中调控觅食和进食行为的。在这些神经元中，PKG高水平表达会导致幼虫长距离的觅食和较少的进食，而PKG的低水平表达会造成幼虫短距离的觅食和较多的进食。除此之外，直接提高dilp7神经元的活性，幼虫的觅食距离比父母本对照要更长，而进食比对照要更少。而抑制dilp7神经元活性时，幼虫的觅食距离比父母本对照要更短，进食却变多了。在钙成像实验中，我们发现dilp7神经元在食物出现时被特异性的激活，并且由于PKG活性的不同，dilp7神经元对于食物的钙反应的时间模式也不同。而在光遗传学实验中，我们利用不同频率的蓝光来激活表达了视紫红质通道蛋白（ChR2）的dilp7神经元，以此来代替食物刺激。我们发现在没有食物的环境下，当用较高频率的蓝光激活dilp7神经元时，果蝇幼虫的爬行距离比用较低的频率刺激时要长，而对水的摄食又要比较低频率时少。结合这些结果我们推断，PKG可能是通过影响dilp7神经元的活性和对食物的反应模式来调控幼虫的觅食和进食行为的。
综上所述，我们的结果证明了dilp7神经元在调控果蝇幼虫觅食和进食行为上的关键作用，并且揭示了for基因是如何影响神经元进而调控行为的机制。这将为我们理解神经系统是如何调控和平衡多线程的任务提供新的思路。