2019-08-30 Journal Club 公告

 

8月30日,我们将进行2019年度第6次Journal Club, 组织者为邢丽敏,参与者有孙梦实,苏祥彬。Journal Club的总结以及报告内容(Slides)将在会后张贴出来。

主题:Olfactory learning and memory in Drosophila

内容:

14:00-14:30:Happy Hour

14:30-15:00 邢丽敏:Olfactory learning in Drosophila

15:00-15:30 苏祥彬:Memory formation and storage in Drosophila

15:30-16:00 孙梦实:Sleep-dependent memory consolidation and forgetting in Drosophila

16:00-讨论

2019-06-28 Journal Club 总结

 

攻击(aggression)是一类在生存和繁殖中发挥重要作用的本能行为。它有助于个体获得领土、食物资源或配偶,抵御捕食者的猎杀,在某些物种中,还与建立社会等级有关。但是攻击是需要付出代价的,通常伴随着能量消耗和身体损伤,还干扰其他本能行为的输出,这在进化上可能是不利的。在人类中,过度的攻击是许多精神疾病的组成部分,其本身也可以达到病理水平,导致社会失调和犯罪。因此从进化遗传学和人类健康的双重视角来看,理解攻击行为的遗传基础和神经机制是非常重要的。

“攻击”是一个相当普遍的术语,可用于描述一系列异质性的行为。在本次报告中,我们所关注的是同物种中具有竞争性的打斗行为。果蝇作为经典的模式动物,具有丰富的遗传学手段,有助于鉴定与打斗相关的基因和神经元;而且果蝇的打斗行为由一系列丰富的行为模块组合而成,并以特定的顺序进行,有利于研究人员的区分和定量。

行为的可塑性在于神经系统应整合外界环境、内部状态以及过去的经验在正确的时间产生正确的行为。打斗的起始需要果蝇判断对手是否是同一物种?同一性别?是否存在值得竞争的资源?即果蝇需要通过各种感觉神经元接受外界刺激。比如:雄性特异的信息素cVA通过Or67d,7-T通过Gr32a诱导打斗行为。在打斗向更高强度水平转换的过程中,社交情况、先前的打斗结果以及其他相互排斥的本能行为都是重要的影响因素。比如:群养的雄蝇打斗水平明显不如单独饲养的雄蝇,目前研究发现可能是社交状态调控了Cyp6a20(细胞色素P450)、Obp69a(气味结合蛋白)的表达水平从而影响打斗的强度。

行为的可塑性将通过神经调质来实现。已经鉴定出与打斗有关的神经调质包括生物胺——多巴胺(DA)、5-羟色胺(5-HT)、章鱼胺(OA);神经肽——NPF、DSK、速激肽(TK)。5-HT促进攻击向更高强度的水平转换,OA是维持正常攻击水平所必须的,TK不仅能促进高强度的打斗还能增强与打斗相关的内在状态。但是至今还未发现能完全控制打斗的神经调质。除此之外,神经调质的调节功能非常多样,研究相应的受体神经元也许才是揭示打斗行为的神经机制的重要切入点。

在整个进化史中,打斗行为的分子和神经机制都是非常保守的。由于时间关系和对小鼠神经系统的不了解,本次报告没能清晰地介绍小鼠打斗行为的神经机制以及系统比较果蝇与小鼠之间的异同。

攻击行为的产生机制仍有待深入研究,对于模式动物攻击行为的研究不仅帮助我们理解本能行为产生的神经机制,更有利于开发对于人类过度攻击的治疗方案,改善社会环境。最后,希望本次的主题报告可以对大家有所帮助。

by 蒋昕钰

(本次journal club’s slides 见附件)

2019-06-28 journal club PPT

2019-06-28 Journal Club 公告

 

6月28日,我们将进行2019年度第5次Journal Club,组织者为蒋昕钰,参与人有郭超,金思慧。Journal club的总结以及报告内容(Slides)会在会后张贴出来。
主题:Aggression in Drosophila
内容:
14:00-14:30:Happy hour
14:30-15:00:蒋昕钰—Neuromodulation in Drosophila aggression
15:00-15:30:郭超—Environmental modification of Drosophila aggression
15:30-16:00:金思慧—Conserved mechanisms of aggression in vertebrates
16:00- 讨论

2019-05-31 Journal Club 总结

 

任何生物的本能之一都是生存和繁衍,这种本能的生存方式已经产生了一系列的行为习惯。有机体的行为会随着环境因素和内部状态的变化而变化。这种行为的可塑性使生物体能够更好地适应不利的环境。任何行为的可塑性都是通过神经调节剂的作用来实现的,神经调节剂的作用可能与机体的生理状态相结合。在各种各样的行为特征中,进食被认为是脊椎动物和无脊椎动物中最基本的一种。果蝇的摄食过程包括一系列行为模块,这些行为模块最终导致食物的摄入。果蝇发生的一系列摄食行为模块包括寻找食物来源、化学感觉检测、开始进食、消耗,最后停止进食,整个过程的目的是达到饱足状态和能量稳态。果蝇摄食行为的可塑性是由内部代谢需求和外部相互作用决定的。

有机体避免有毒有害化学物质并从其环境中寻求营养物质的行为在其生长生存中起到了中心作用。环境线索是由果蝇身体各处存在化学受体来感知的。嗅觉和味觉在感知和传递环境信息方面起着至关重要的作用。在食物匮乏的情况下,果蝇需要通过嗅觉受体和嗅觉受体神经元感知并处理环境中食物散发出的气味线索,在这一过程中果蝇的NPF神经元起到了关键性的作用;感知食物存在的大量营养素和微量营养素都是通过味觉受体神经元(GRN’s)中表达的多种味觉受体(GRs)来感知的。这些GRN存在于感器状结构中,而感器状结构又存在于几种组织类型中。果蝇对四种不同的味道有四种不同的GRN类型:糖、水、低盐浓度和高盐浓度。

果蝇的摄食行为模块的灵活性在于通过相应的分子和细胞机制将内部生理状态与神经系统联系起来。已经鉴定出多种中枢效应途径,其报告饥饿和饱腹感状态并且拮抗性地调节摄食。例如,小神经肽F(sNPF)和corazonin都是促进消耗的肽。不同组的神经肽抑制摄食:Drosulfakinin(DSK)是在肠道释放的典型饱腹感信号。降低DSK的表达可使饥饿蝇的食物摄入量增加40%,并增加食用含有威慑物的食物的可能性。AstA神经元,DSK和Dilp如何将饱腹信号转变成果蝇的摄食终止行为尚不明确。神经调节调节的复杂性表明,喂食和终止喂养是受不同神经调节剂响应不同内部状态影响的拮抗作用。

果蝇的摄食行为作为先天性的行为之一,和其他几种先天行为如sexual behavior、睡眠、打斗行为有着密切的联系。目前已经阐明了摄食行为和多种行为之间的关系。例如,果蝇对食物气味的嗅觉感受会促进雄性果蝇的求偶和雌蝇的接受行为。增加果蝇对盐的摄取,会增加果蝇的产卵量等。果蝇对行为的抉择与输出是至今尚未解决的难题,阐明摄食行为与其他先天行为之间的关联,为理解和解决果蝇的行为抉择指明了方向。

目前对果蝇摄食行为的研究是多方面的,也存在着诸多亟待解决的问题。希望通过本次汇报让大家对果蝇的摄食行为的研究现状有一定的了解,为大家日后对果蝇摄食行为的研究提供一定的帮助。

By-苏祥彬

本次journal club的slides见附件

2019-05-31 Journal club PPT

2019-05-31 Journal Club 公告

 

5月31日,我们将进行2019年度第4次Journal Club,组织者为苏祥彬,参与人有彭琼琳,邢丽敏。Journal club的总结以及报告内容(Slides)会在会后张贴出来。

主题:Eat or not? The feeding choices of Drosophila

内容:

14:00-14:30 Happy hour

14:30-15:00苏祥彬:Food preference of Drosophila.

15:00-15:30邢丽敏:Cessation of feeding behavior in satiated Drosophila

15:30-16:00彭琼琳:Dietary modulation of different behaviors.

16:00- 讨论

 

2019-04-26 Journal Club总结

 

随着现代生活的节奏越来越快,社交媒体的蓬勃发展,social成了一个热门词汇。伴随着社交而来的一些社会心理问题也愈发复杂。友情能使人长寿,降低心脑血管疾病风险以及阿尔兹海默症发病率的科普文广为流传;快节奏生活中社交恐惧症,自闭症,孤独症等一众心理疾病又悄然蔓延,宅文化等也随之兴起。一些鸡汤宣传的理念:放弃无效社交仿佛又把社交行为形容得非常功利性。那么社交行为到底是一种怎样的行为,它对动物的生理心理状态又有着怎样的影响呢?我们利用果蝇这样一种简单的模式动物是否有可能对这个复杂的社会性问题展开一系列研究呢?本次报告我们给大家较为全面和系统地讲解了果蝇的社交行为范式。

不同于社会分工明确的蜜蜂或者蚂蚁,果蝇作为可独立生存的个体昆虫,用来作为模式生物研究社交行为有以下几个便利:丰富的生存环境和社交条件,较为复杂的神经系统,成熟的基因调控技术。信息传递作为社交行为最为重要的目的和意义,在果蝇的社交行为中具体体现为两大方面:竞争性信息的传递,和协作性信息的传递。竞争性信息的传递有打斗,建立登记制度和社交网络等。协作性信息传递方式有:合作型学习,协作型寻找食物,交配模仿,产卵地点模仿,躲避天敌等。果蝇之间的社交行为主要通过视觉,听觉,嗅觉,信息素以及触觉进行沟通。

生命的延续究其根本就是生存和繁衍两大方面。从生存角度来讲,社交行为影响了果蝇的睡眠,觅食甚至寿命等。当和年轻的雄蝇共同饲养时,原本短寿的老年雄蝇的寿命会明显增长,因其运动量得到了显著提升。当群体饲养时,果蝇的节律也会相互影响,趋于一致,睡眠总量会下降。无论是果蝇幼虫还是成蝇,都会聚集到一起协同合作,去寻找食物。遇到二氧化碳等有毒气体或危险时,它们也会相互提醒避让威胁。

从繁衍的角度出发,具有更多社交行为的是雌蝇。雌蝇往往会有模仿交配的行为,当看到别的雌蝇选择接受背部有红色标记的雄蝇时,实验组的雌蝇也更愿意选择同样标记的雄蝇。当看到别的雌蝇选择将卵产在某块区域或者某种颜色的食物上时,受检测的雌蝇也会做出同样的产卵位置的选择。当一只雌蝇遇到天敌威胁时,卵巢内的卵子会自行凋亡,减少产卵量,同时它会扇动翅膀将危险信息传递给其他同伴,接收到视觉信息的同伴也会相应地减少产卵量。社交也会改变雄蝇的求偶策略,在战斗中获胜的雄蝇发起求偶的次数更多,而落败的雄蝇则更少发起求偶。交配前和竞争对手接触会增加雄蝇的交配时长,而交配时有竞争威胁存在时,雄蝇会缩短交配时间。

果蝇的社交行为丰富多彩,本次汇报只是冰山一隅,抛砖引玉,更多有趣的发现还有待大家慧眼独具,疑义相析。

by 赵环

(本次journal club’s slides 见附件)

2019-04-26 journal club PPT

2019-04-26 Journal Club 公告

 

4月26日,我们将进行2019年度第3次Journal Club,组织者为赵环,参与人有陈洁,孙梦实。Journal club的总结以及报告内容(Slides)会在会后张贴出来。

主题:Social Behavior In Drosophila

内容:

14:00-14:30 Happy hour

14:30-15:00赵环:The definition and classification of social behaviors in Drosophila

15:00-15:30 孙梦实:The regulation and sexual dimorphic deference in social activities in Drosophila

15:30-16:00 陈洁:The influence of social environment on other behaviors in Drosophila

16:00- 讨论

 

2019-03-29 Journal Club总结

 

在日常生活当中,我们的大脑每时每刻都要整合处理来自各个感觉器官的感官信息,以做出适当的反应,这对于我们的生存具有至关重要的意义。为了弄清楚大脑如何能够完成如此惊人的壮举,我们常常需要建立一个模型系统来进行研究。对于感觉信号整合,目前研究最为透彻的是果蝇的嗅觉系统。从触角中的感觉神经元一直到大脑中蘑菇体的三级和四级神经元。在开展嗅觉系统的研究过程当中,不断的有新的科学技术的引入,这也为研究其他感觉系统打下了扎实的基础。其中,果蝇听觉系统的研究就是得益于实验技术的进步,取得了突飞猛进的成果,这为理解果蝇声音的产生和对声音感知奠定了扎实的理论基础。

我们本次的报告围绕着果蝇听觉系统这一主题展开,主要分为三个部分。第一部分主要讲述了果蝇最重要的听觉器官Johnston’s Organ,这一器官主要有200多个功能单元Scolopidium组成,每个功能单元上的TRP channel(NompC, Nan-lav)在声信号的机械转导过程中发挥着主要作用,同时JO在接收微小声音振动信息时,还具有一种主动的放大过程,这种机制会使得果蝇可以听到很细微的声音。这个机制对于果蝇在求偶过程中接受courtship song的信息来说是十分重要的。第二部分主要讲述了雄性果蝇在求偶过程中的发声机制,即产生courtship song的机制。首先是从遗传学的水平上介绍了一些影响courtship song的基因,然后从环路的水平介绍了控制courtship song产生的相关神经元,最后又介绍了调控courtship song产生的相关肌肉群,层次鲜明。第三部分针对于果蝇的听觉系统对其行为的作用着重展开介绍,其中对于雌蝇来说,雄性果蝇产生的courtship song会使得雌蝇的receptivity behavior明显上升,这一过程中主要是通过aPN1-PC1—Abd-B环路起作用的,而对于雄蝇来说,courtship song可以诱发雄蝇产生chaining behavior,同时听觉系统对于雄蝇的aggression behavior也有着很重要的调节作用,这些对于果蝇的生存繁衍都是十分重要的。

理解果蝇的听觉系统的作用机理以及其对于果蝇的行为调控都是次要的,最重要的是要从这套系统当中得到有用的启发和灵感,来帮助我们理解人类大脑的整合处理和抉择输出的高级功能。最后,希望本次的主题报告可以对大家有所帮助。

By 高灿

(本次journal club的slides见附件)

2019-03-29 Journal club PPT

2019-03-29 Journal Club 公告

 

3月29日我们将进行2019年度第二次Journal Club,组织者为高灿,参与者有郭超,贾艺聪。Journal Club的总结以及报告内容会在会后上传到附件。

主题: Auditory system of Drosophila Listening to singing

高 灿:14:00-14:30 The structure & signal processing of auditory system in Drosophila

郭 超:14;30-15:00 The mechanism of sound production in Drosophila

贾艺聪:15:00-15:30The effect of auditory system on courtship behavior & other behaviors

2019-02-22 Journal Club总结

 

生命科学的发展极大依赖技术和研究手段的革新,从人类第一次观测到细胞离不开显微镜的发明发展,到现如今随着 CRISPR/Cas9的研究,我们不仅可以很便利的对传统模式动物进行基因操控,还能够对一些其他我们感兴趣的生物进行基因层面的编辑,比如转基因蚂蚁,转基因蟑螂等等。基于此,我们尝试对神经环路的研究方法和技术进行总结,希望能够帮助实验室的同学或者梳理或者拓宽一点点思路。本次汇报的主要架构根据Principles of Neurobiology 1st edition 的第十三章内容而来,但具体技术做了很大调整。

模式动物的选择取决于想要研究的科学问题。线虫作为结构较为简单,神经元数量较少的模式动物,已经完成了连接组图谱的绘制(使用电镜方法)。新兴的研究对象蚂蚁,由于它们具有分工严明的社会结构而用于研究其社会行为,且种群中不同工种的蚂蚁往往具有相同的基因组,所以也被尝试用来解答表观遗传学和行为之间的关系。斑马鱼作为脊椎动物和人类有更高的保守性,其神经再生性是研究的热门。在西方国家对于非人类灵长类的研究投资日益缩减的情况下,我国对于非人类灵长类的研究投资逐步增多,且又由于没有动物保护组织的干扰,越来越多从事相关研究的科学家选择在中国进行实验。

在基因和分子方法中,主要介绍了两类研究思路,loss-of-function和 gain-of-function。在 loss-of-function 的研究思路下,科学家通过研究突变果蝇来揭示特定基因的功能。突变果蝇的制作中,经典的方法是同源重组(到2015年仍被广泛使用),如今的首选是CRISPR/Cas9技术。在 gain-of-function 中,技术依赖的重点是如何人为操控基因的表达,由此引出果蝇中常用的几类表达系统和一些应用。除此以外,有时我们还需要知道蛋白的表达情况。主要方法有immunostaining和 western blot。研究蛋白的表达情况除了直接标记蛋白,还可以通过标记 mRNA 的方法。近两年发展出的果蝇全脑原位杂交技术,则可以通过设计荧光探针的方法,对全脑的特定 mRNA 进行空间和表达量的测定。

神经环路的研究中很重要的一类技术是测量神经元的活动。即时观测神经元活性的有通过GFP亮度反应钙离子浓度从而间接衡量神经元活性的GCaMP技术和以Arclight 为代表的一类voltage sensor。延时观测神经元活性的则有CaLexA和TRIC技术。这两类技术也是通过Ca2+浓度衡量神经元活性,但和GCaMP的区别在于,Ca2+浓度增高后需要通过驱动下游GFP蛋白表达而产生荧光信号,故而需要给果蝇一个蛋白表达的时间窗口。除了单个神经元的活动,神经元之间的上下游关系也是环路研究的关键。针对这个问题,目前最广泛使用的技术是活性依赖的GRASP技术,在明确上下游神经元的前提下,若神经元间存在突触连接则形成完整的GFP蛋白;trans-Tango 和TRACT技术则是对于明确的神经元,通过突触之间的传递使下游神经元表达特定的荧光蛋白从而观测到下游神经元。

loss-of-function和 gain-of-function 在神经环路研究中的体现则是使神经元失活和激活。物理性失活是使用高强度laser切断神经元。基因层面的操作是通过驱动Tetanus toxin, Kir2.1,Shibire,和reaper的表达实现。Tetanus toxin 的功能在于阻止突触囊泡形成,shibire 则是阻止突触囊泡的回收,kir2.1则是一类使钾离子内流的通道,通过钾离子内流使神经元去极化,从而难以引发动作电位。Reaper 是会使得细胞凋亡。激活神经元有光遗传和表达TrpA1蛋白的方法。除此以外,还简单介绍了一些自动化分析行为的程序,自动化进行果蝇行为实验的装置,以及Janelia 一个分析了果蝇不同脑区功能的数据库。

希望本次的分享能够对大家有所帮助!

By 孙梦实

(本次journal club的slides见附件)

2019-02-22 Journal club PPT

2019-02-22 Journal Club 公告

 

2月22日,我们将进行2019年度第1次Journal Club,组织者为孙梦实,参与人有赵环,陈洁。Journal club的总结以及报告内容(Slides)会在会后张贴出来。

主题:Ways of exploring: Key and new techniques that have advanced the research in neural circuits of Drosophila and other model animals

内容:

15:00-15:30 孙梦实:Animal models in neurobiology research and genetic & molecular techniques

15:30-16:00 赵环:Anatomical techniques to record neuronal activity

16:00-16:30 陈洁:Manipulating neuronal activity and behavioral analyses

2018-12-28 Journal Club 总结

 

性别二态性广泛存在自然界的动物中,性别差异不仅仅体现在形态上和生理上,而且也体现在各种行为上。最早在1965年,Hildreth发现果蝇中有一个基因的突变会使雌雄都变成双性性状,因此将此基因命名为doublesex(双性),随后在1988年Bruse Baker通过染色体步移的方法克隆出dsx基因组全长序列并对性别决定的分子通路进行了解析,使得dsx基因受到科学界的广泛关注。几乎在同一时期,科学家们发现线虫中mab3基因突变导致雄性的mating能力降低。经过序列比对与分析,发现doublesexmab3具有高度的同源性,因此将doublesex/mab3这类的基因命名为dmrt基因,这类基因的共同点为:在N端都具有保守的DM domian,能够识别并结合下游DNA的小沟上。果蝇中的dsx基因由于受到上游元件的调控在雌雄中发生选择性剪切,因此在雌性中产生dsxF,在雄性中产生dsxM,分别在两种性别中发挥功能。近些年的研究表明dsx主要在性别决定和性别分化中起到关键性作用,性别二态性的产生大多是受到dsx调控。

本次报告主题围绕doublesex and sexual dimorphism展开,按照时间的顺序讲述了dsx与性别二态性的关系,主要从三个方面展开讨论:首先阐述了第一个DMRT基因的发现与克隆,着重讲解了这类基因的结构以及在果蝇中已知的剪切方式。然后选择了4种代表性的昆虫,讲述了dsx是如何调控这些昆虫的性别分化,从而产生雌雄特异性的形态。最后从功能上主要讲述了dsx及其神经元在调控雌雄果蝇性行为上发挥的关键性作用。

本次journal club中针对一些有趣的现象进行了讨论,如下:

  • 性别决定为何由X:A的比例来决定?
  • dsx如何调控细胞凋亡的?
  • 线虫中的mab3以及小鼠中的dmrt1是否与果蝇一样具有雌雄特异的选择性剪切?
  • dsx在低等的微生物中有无表达?
  • dsx基因在小鼠和线虫中是否能够影响雌雄特异的行为?

 

By 韩彩虹

(本次journal club的slides见附件)

2018-12-28 Journal club PPT