调查果蝇果蝇的采食行为实验VIP专享VIP免费

现在已经对模型生物中常用的神经遗传学工具进行了研究，以调查果蝇果蝇的采食行为。实验揭示了这只苍蝇为何如此挑剔。甚至密切相关的动物也可以以截然不同的方式表现。例如，果蝇果蝇仅以有毒的诺丽果（Morindacitrifolia）为食，而其近亲拒绝诺丽果，而倾向于更常规的选择1。在这些果蝇2–4和其他动物5–7中，研究人员观察到近亲之间有趣的神经差异可能解释了它们的不同行为。但是直到最近，还不可能直接测试这些神经行为相关性。Auer等人在《自然》中写作。8适应基因组编辑方法以用于D.sechellia。这使他们能够探查苍蝇饮食偏好背后的神经和遗传变化。我们的故事始于D.sechellia的祖先到达印度洋塞舌尔群岛时，大概是几十万年前9。尽管乍一看是热带天堂，但这些岛屿可能还是受到了强烈的欢迎。诺丽果-因其刺激性的气味而被称为呕吐果-可能一直是古代漂流者10一直可获得的唯一食物来源之一。起初，诺丽菌对苍蝇没有吸引力，甚至会致命，但随着时间的流逝，它们逐渐发展为能够耐受毒素并喜欢这种气味10。目前，D。sechellia仅以果实1为食（图1）。相比之下，D。sechellia它的同胞物种果蝇simulans和更远的表亲果蝇Drosophilamelanogaster仍然对诺丽8不满意。是什么使D.sechellia与其国际化的多才多艺的亲戚相比如此挑剔？2003年，研究这组果蝇的嗅觉的科学家发现了一个有趣的线索2。一类表达蛋白质气味受体22a（Or22a）的感觉神经元在D.sechellia中比他们分析的任何其他蝇类中都丰富。在D.sechellia和D.simulans中，这些神经元都被调配为一类在气味上普遍存在的化合物。随后的工作揭示了进一步套诺丽敏感神经元类似的变化3，4。这些嗅觉改变是否会成为专家对有气味的水果的食欲的基础？这似乎是有可能的，但由于无法精确操纵D.sechellia的嗅觉系统，科学家无法超越相关证据。现在，Auer等人。最终使用基因组编辑工具CRISPR–Cas9破解了此案。此技术通常用于模型生物（例如黑腹果蝇）和小鼠小家鼠（Musmusculus），以随意操纵基因。但是，将技术导入其他物种并不总是那么简单。其他动物可能在实验室中的生活状况很差，或者在进行基因组编辑的关键时间内很难获得足够的存活胚胎。作者清除了这些障碍，从而获得了开始严格因果关系测试所需的精确遗传控制。Auer等。着重研究Or22a的变化如何促进D.sechellia的选择性饮食。使Or22a基因失活后，苍蝇几乎完全无法从不到一米的距离找到它喜欢的果实。该结果证实表达Or22a过程的神经元提示帮助D.sechellia靶向诺丽。但是，完全去除受体是一种剧烈的操作-比Or22a对诺丽化合物产生更大“”敏感性时发生的受体调节更为极端。这类似于询问您是否仍然可以对缺少弦的小提琴演奏协奏曲。丢失的字符串显然很重要，但是您无法确定其调整将如何影响您的性能。因此，作者试图明确测试Or22a中的调音变化如何影响寻求诺丽的行为。他们用D.sechellia的受体取代了D.melanogaster中的Or22a，反之亦然。这两个物种的受体几乎相同，只是氨基酸残基发生了一些变化，从而改变了对不同化合物的敏感性。为了继续音乐上的类比，我们可以将该实验与在小提琴和中提琴之间交换琴弦并询问每种乐器上不匹配，调音不同的琴弦如何影响独奏相比较。值得注意的是，受体交换使黑腹果蝇对诺丽有轻微的味道，并减少了雪兰果对水果的吸引力。该小组的尖端工具包使这项确定的测试成为可能，清楚地表明Or22a音调的变化有助于D.sechellia对诺丽的偏爱。当然，Or22a调整的演变只是故事的一部分。Auer及其同事的研究中最有趣的方面之一是，多少进化变化可能导致这种看似简单的行为转变。这组作者证实2，除了修补Or22a的调节外，进化还通过将Or22a神经元的数量增加或增加了三倍来增强了其在D.sechellia中触发下游信号传导的能力。进一步的受体缺失实验强烈建议以前记录的变更3，4中也参与感觉神经元的其他两个重点班。下游电路的重塑也可能起一定作用：Auer等。在雪铁龙大脑深处的神经元上发现了一个结构分支，该分支可能会改变果蝇处理有关诺迪臭味的信息的方式。不幸的是，仍然很难直接测试许多这些进化变化的因果关系。我们可以通过改变它们表达的受体来清洁地操纵感觉神经元的活动，...