一个简单的分子调节果蝇性行为
常见的果蝇黑腹果蝇是一个非常被充分研究过的动物。几十年来,飞一直作为模式生物基因研究;在2000年其基因组完全测序。然而,直到现在,研究人员未能确定具体信息素在这个物种导致交配成功。尽管抑制交配的信息素果蝇是已知的、积极的信息素信号,抒发求偶和交配行为仍然是一个谜。来自马克斯·普朗克化学生态学研究所的科学家在耶拿,德国,已经成功地识别一个相对简单的分子,能够调节复杂的醋果蝇交配行为:一个叫做甲基十二酸酯脂肪酸甲酯。验证是一个最先进的化学分析技术的结合的结果,生理测量苍蝇的大脑,和行为分析。
信息素是信号分子传递信息从一个物种的个体同种个体。除了聚集信息素,促使昆虫的物种聚在一起,或报警信息素,警告同种个体迫在眉睫的危险,性信息素非常著名。雌性昆虫释放性信息素为了吸引伴侣。女性使用的性引诱剂蚕飞蛾、蚕蛾性诱醇,是第一个信息素识别及其对男性的影响证明(这发生在1950年代末)。此后各种昆虫性信息素在其他物种已确定。信息素也被成功地用于害虫防治目的:采用女性诱食剂作为诱饵来吸引男性费洛蒙陷阱。然而,女性的性信息素−吸引男性的信号分子和触发器−果蝇的交配行为黑腹果蝇直到最近不明。
Hany Dweck,马库斯Knaden,比尔汉森和他们的同事在进化神经行为学开始他们的研究的部门犯了一个错误:他们认为处女女性尤其吸引男性的气味,因此寻找气味中只发现未交配的雌性。然而,这些研究没有最后帮助识别物质,将会引发交配行为。生理和基因数据表明,苍蝇必须有一个神经元响应特定类型,然而不明,化合物气味集合内苍蝇。当这个神经元类型,它表达了特定的嗅觉受体Or47b,不见了,在雄性交配行为被抑制。因此Hany Dweck开始收集气味从成千上万的飞醋,不仅从处女女性也从女性甚至男性交配。
为了分析单一气味成分,他用热解吸gc - ms的新技术。这种组合的气相色谱(GC)和质谱(MS)也使用热解吸的优势,帮助测量和识别甚至最微小的大量的挥发性物质。Hany Dweck然后进行电生理测量测试所有确认化合物对激活pheromone-specific神经元的能力。从所有测试挥发性化合物醋苍蝇发出,只有一个物质引发强烈反应的神经元:甲基月桂酸盐,一种物质分析显示有一个相对普通的分子结构。“从我们的角度来看,化学家,我们几乎是失望,一个分子的传达一些重要的性这样一个简单的结构,“说AlešSvatoš,谁执行化学分析来识别信息素。
月桂酸甲酯不仅发生在维珍雌性在交配雌性甚至雄性苍蝇。的化合物被神经元表达嗅觉受体Or47b;这个受体反应完全甲基月桂酸盐。在男性,月桂酸甲酯触发求偶行为。处女女性是最有吸引力的男性的气味,因为在交配的雄性将男性费洛蒙独联体醋酸-vaccenyl雌性,使这些女性吸引力的其他雄性交配。月桂酸甲酯也检测到另一个表达嗅觉受体Or88a感觉神经元类型。苍蝇的嗅觉受体缺乏Or47b仍然被其他苍蝇的气味所吸引;然而,它们的交配行为会大大减少。苍蝇的嗅觉受体缺乏Or88a不再fly-specific气味所吸引;然而,它们的交配行为不羁。“小说信息素激活两种不同的电路:一是参与求偶和交配的雄性和雌性,另一个在聚合,”马库斯Knaden,领导这项研究,解释道。
有趣的是,科学家们能够在所有测试显示甲基月桂酸盐的存在果蝇物种。此外,相同的pheromone-specific神经元类型激活Or47b嗅觉受体或Or88a应对月桂酸甲酯。月桂酸甲酯交配传递一个积极的信号,似乎在许多drosophilid苍蝇是守恒的。为了规避杂交,每个物种似乎带着特有的表皮碳氢化合物,抑制交配。
不同学科的科学家的密切合作是成功的秘密基础研究项目。“我们的研究将不可能没有这种跨学科的方法。值得高兴的是我们可以结合不同的技术的结果,化学分析,电生理测量,成像方法和最后但并非最不重要的行为分析。我们可以合作,让这样一个全面的和令人兴奋的故事,”比尔汉森说,主任进化神经行为学。
在进一步的实验中,科学家们想要仔细看看化合物甲基月桂酸盐。他们特别感兴趣的是,知道苍蝇产生物质本身还是共生菌可能参与其生产。
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出版
Hany k . m . Dweck Shimaa a . m . Ebrahim迈克尔•托马艾哈迈德·a·m·默罕默德伊恩·w·Keesey Federica天然碱,索非亚Lavista-Llanos, AlešSvatoš,Silke萨克森,马库斯Knaden,比尔·汉森。信息素调节果蝇交配和吸引力。美国国家科学院学报》,2015年5月11日在线发表。doi: 10.1073 / pnas.1504527112
