2021-10-14 Journal Club公告

 

2021年10月14日,我们将进行2021年度第六次Journal Club,组织者为李小龙,参与者有王林、朱寰。Journal Club的总结及报告内容(Slides)将在会后张贴出来。

报告主题 Sleep on Drosophila

报告内容:
12:00-12:30 李小龙  Relationship between Sleep and Feeding
12:30-13:00 王 林  Relationship between Sleep and Temperature
13:00-13:30 朱 寰  Relationship between Sleep and Memory
13:30- 讨论

2021-08-26 Journal Club总结

 

背景

在过去的十年中,人们对肠道微生物群的兴趣和知识呈指数级增长。使用关键词——肠道微生物群在NCBI上搜索产生非常多以人类健康和慢性疾病(如炎症性肠炎、肥胖、2型糖尿病、心血管疾病等)为基础的在果蝇和小鼠以及其他模式动物中的研究,以及在进化过程中的保守机制上,肠道微生物群对于免疫、代谢、发育和行为的产生占据多大的影响,是如何影响的。肠道微生物甚至被称为果蝇额外的器官。食品行业将这一点推向了极致,商店货架上充斥着大量鼓吹“益生菌”或“发酵食品”的食品和补充产品;在杂志、互联网和电视广告中都可以找到他们的广告。这个话题快速增长的同时让很多研究人员也看到了许多未回答的问题。

我们这次的Journal主题主要针对肠道微生物群是怎样参与果蝇免疫、行为、代谢和发育进行介绍。

一 肠道微生物与果蝇免疫

肠道微生物群与果蝇免疫系统的相互作用主要发生在中肠,因为中肠含有大量的抗菌效应物,目前已知的抗菌效应物主要有三类:1.中肠的酸性区域,一般PH<3,当中肠酸性区域PH升高时果蝇对某些致病菌的敏感性增加,死亡率值升高,但是对于肠道微生物群的两类共生菌(醋酸杆菌和乳酸杆菌)来说其数量反而上升,表明酸性区域具有抑菌或杀菌活性,这也与人类肠道功能一致。2.抗菌肽——是昆虫体内经诱导产生的一类具有抗菌活性的碱性多肽物质。3.双重氧化酶Doux。后两类抗菌效应物经过肠道微生物表面多聚糖的诱导进而产生级联反应产生不同程度表达的抗菌物质,以此来保持肠道菌群的稳态,肠道免疫反应是微生物群组成和密度的重要调节器。除此之外在其他的蝇类(东非舌蝇)中肠道微生物还参与免疫细胞的发生。因此肠道微生物群和果蝇相互作用来维持肠道稳态。

二 肠道微生物与果蝇行为

肠道和大脑之间的双向沟通影响行为,包括焦虑、认知、伤害感受和社会互动等。协调的运动行为对动物的生存和繁殖至关重要,并受内部和外部感觉输入的调节,目前研究所知肠道微生物群影响果蝇很多行为,比如locomotion、求偶、打斗、睡眠等。近年对肠道微生物影响行为等研究大多集中在肠道微生物会影响什么行为、哪类肠道微生物对某类特定行为会产生影响,然而,关于肠道微生物组如何调节先天和社会行为,包括运动、求爱和攻击行为涉及的分子和细胞机制,还很不清楚。

三 肠道微生物与果蝇代谢和发育

对于肠道微生物群影响果蝇代谢和发育的研究主要集中在肠道微生物的代谢产物、肠道稳态以及肠道微生物群通过参与果蝇代谢细胞信号通路进而影响发育等方面。根据大部分相关文献报道肠道微生物对果蝇发育上的影响分为两个阶段:成蝇时期及幼虫时期。在果蝇幼虫时期,一个完整的微生物群对于低营养环境下生存的幼虫生长和化蛹时间是必不可少的,对于幼虫的最佳发育是必要的。微生物群可以通过对低营养物质的消化代谢进而产生幼虫所需要的营养物质和能量(脂肪,蛋白质,氨基酸等)帮助幼虫生长,主要是植物乳酸杆菌L. plantarum通过作用于tor依赖的宿主营养感知系统的上游来发挥其优势,控制激素生长信号。在成蝇中,研究发现肠道微生物可以影响果蝇卵巢的发育继而影响了果蝇的产卵行为。其次肠道微生物也是同样在低营养环境下,特定的微生物直接促进氨基酸的吸收营养的饮食和作为源来拯救营养失衡,而不是增强宿主代谢,刺激肠道间接过程,如运输时间,或修改摄食行为来拯救果蝇营养不良。此外研究表明共生微生物通过几种机制促进宿主生长。首先,它们通过不同的方式改善宿主的营养,果蝇幼虫可以利用惰性微生物的生物量作为额外营养物质的来源,特别是在营养缺乏的条件下。其次,活菌可以通过提高宿主肠道肽酶活性来提高氨基酸的吸收。细胞水平上,共生微生物对寿命和发育的影响可以类比,共生微生物刺激祖细胞的增殖,幼虫中的AMP 和成蝇的ISCs[小肠干细胞]触发活性氧的产生。同样,在这两个阶段,共生微生物都可以通过提供或增加营养物质的吸收来激活营养感知途径(TOR和胰岛素受体信号)。这导致了更快的发育和更快的衰老。因此,共生微生物似乎倾向于“活得快,死得早”的方式。

肠道微生物组近年成为比较热门的话题,但是还有很多问题,比如肠道微生物组影响行为的分子机制是什么、脑肠怎么沟通、为什么在不同的无菌培养方式对果蝇运动的影响不同、肠道微生物群是否可以作为未来对抗人类某些疾病一个重要的工具等。希望我们这次汇报会给大家带来一些思考。

本次journal club的 slides 见附件pdf:

2021-08-26 Journal club PPT

by 张豫宁

2021-08-26 Journal Club公告

 

2021年8月26日,我们将进行2021年度第五次Journal Club,组织者为张豫宁,参与者有苏祥彬、王蓉。Journal Club的总结及报告内容(Slides)将在会后张贴出来。

报告主题:Influences of gut microbes on Drosophila

报告内容:
12:00-12:30 张豫宁 Gut microbes and Drosophila
12:30-13:00 苏祥彬 Gut microbes and behavior of Drosophila
13:00-13:30 王 蓉 Gut microbes and the development and metabolism of Drosophila
13:30- 讨论

2021-06-24 Journal Club总结

 

本次 journal club选择的主题是和大家讨论近 3 年发表在 CNS 杂志上的和本实验室研究领域相关的文章。CNS 杂志基本代表了基础学科研究领域最顶尖水平,希望对这些文献的学习可以给我们启发。

有关神经环路研究

“行为如何产生?”是神经行为学领域的科学家们一直尝试回答的一个问题。拆解这个问题,其实就是需要我们找到是什么样的外界或内在刺激,调节了什么神经元的功能,神经元之间通过什么样的连接和沟通方式,最终输出什么样的行为。果蝇的本能行为一直被认为是适合解答此类问题的模型。两篇来源于同一个实验室(Barry J. Dickson)的发表在 Nature 上的文章,分别解析了雌性果蝇接受和产卵行为的神经环路,展示了现今研究果蝇本能行为环路的最高水平和技术。优秀的发现首先依赖于强大的资源。Neural circuit mechanisms of sexual receptivity in Drosophila females.中,作者依赖Janelia Farm 的split Gal4果蝇资源(https://splitgal4.janelia.org/cgi-bin/splitgal4.cgi),筛选出了和果蝇接受行为相关的神经元 vpoDN,其功能是控制果蝇阴道板打开(VPO, virginal plate opening)。之后通过对vpoDN 激活后果蝇行为学的观察和神经元投射推测其上游是求偶歌,且vpoDN 和初级听觉神经元之间存在一个中间神经元。之后作者依赖雌果蝇脑电镜库 FAFB( https://catmaid-fafb.virtualflybrain.org/#)比对找到了疑似的中间神经元,后再次依赖split Gal4果蝇资源找到了标记该中间神经元的Gal4 工具果蝇。有标记工具研究神经元就容易了很多。除此外,作者也通过电生理、钙成像、不同强度的光遗传对神经元进行不同程度的激活等实验解析了 vpoDN 神经元和外界刺激(male courtship song, convey via vpoEN&vpoIN)以及内在交配状态(mating status, encoded by pC1)之间在神经环路上的关系。且由于 split Gal4 工具标记到的神经元非常数目非常少(1 pair of vpoDN, 2 pairs of vpoEN and 14 pairs of vpoIN)所以整个环路非常简练、精确。整篇文章通过对雌果蝇接受环路的探索,发现对于这一行为,外界刺激和雌蝇内在状态汇合到最下游的command neuron vpoDN, 且通过sum-to-threshold的方式来调节 vpoDN 的活性。

Neural circuitry linking mating and egg laying in Drosophila females. 这篇文章中,用和前文提到过的类似方式鉴定出了一组调控雌蝇产卵行为的神经元 oviDN。作者发现对 oviDN不同程度的激活后,果蝇会根据激活程度依次展现abdomen bending,ovipositor extrusion 和 egg deposition这三个行为。这些行为可能会终止,但始终严格按照顺序,暗示oviDN 对产卵行为的调控是ramp-to-threshold 机制,即神经元通过逐渐增强的活动独立调控不同的行为,这些行为具有不同的 threshold,且越在后面的行为越具有更高的 threshold。除此以外,本篇文章中还有一个针对 pC1神经元的实验。FAFB 的数据库中显示 SAG 只和 pC1 神经元中的 pC1a 神经元存在突触连接,pC1a 也是其他 pC1 神经元的上游。通过电生理证明 SAG 能够使pC1a神经元产生较强的超极化,使 pC1b 神经元有较弱的超极化, 对其它 3 对 pC1 神经元几乎没有影响。这一结果暗示,pC1a 神经元接受来自 SAG 的信号后,将信号再分享给其他 pC1 神经元,某种程度上说明了pC1神经元作为一个internal mating status的整合中心是如何工作的。

两篇文章解析了清晰、精确、简练的行为调控环路,且均涉及了两条环路(内在状态+外界环境)在下游神经元的整合情况。这些工作加深了我们对于神经环路构成方式和逻辑的理解。这提示我们,在现有的工具和技术发展下,环路研究早已不是单一的上下游神经元的关系,且一条通路上的上下游关系也已不足够,需要更为系统的关注反映不同意义的不同环路间的沟通和信息整合。同时,更好的应用那些花费巨大资源建立起的众多数据库也会令我们事半功倍。

有关影响行为的基因的研究

A sleep-inducing gene, nemuri, links sleep and immune function in Drosophila 是一篇讨论影响睡眠的基因的文章。nemuri是通过一个大规模(12,198 lines, 涉及8015 Drosophila genes)的 gain-of-function screen 筛出,其功能为过表达后增加果蝇睡眠的长度和深度。找到了基因,接下来研究基因的功能。通过序列分析该基因的结构域,预测它应该是分泌蛋白,且还包含一个具有抗菌肽特性的结构域。通过体外细胞实验证实了 NUR 是一个具有抗菌效果的分泌蛋白。之后作者推测,是否NUR 引起的睡眠增多是由于果蝇对抗外界细菌的宿主防御导致。实验证实,关灯后的第六个小时使果蝇感染细菌,在第二天的早晨,对照组果蝇相较于 nur 突变体显著增加睡眠,且感染细菌后的果蝇脑中,nur mRNA的表达量升高。之后作者想看 NUR 对睡眠行为调控的作用机制,即 NUR 和已知的研究较为清晰的睡眠环路之间的关系。通过制作 nur-Gal4 果蝇和抗体作者发现 NUR 通过作用于果蝇的扇形体促进睡眠。

遭遇细菌感染例如感冒的病人往往嗜睡,是我们日常生活中很熟悉的现象。曾经有非常多的研究报道了其中的相关性,而本篇文章是在机制上将细菌感染后的免疫应答反应和嗜睡联系在了一起。睡眠稳态的研究中,促进睡眠的基因本已罕见,其次nemuri编码的抗菌肽antimicrobial peptides (AMPs)在哺乳动物中存在保守性,意味着这个基因的研究结果极大可能具有普适性。生物学研究中,规模化的筛选(不论是基因还是神经元)往往是研究的第一步。本篇文章中作者选择gain-of-function的筛选方式,是以找到促进睡眠的基因为目的,这也提示我们筛选的方法非常重要。 

有关学习与遗忘的研究

Dopamine-based mechanism for transient forgetting. 这篇文章中作者阐述了瞬时遗忘这一种遗忘类型的神经环路。作者通过实验证实,由外界干扰(例如对果蝇电击、吹气、照射蓝光)导致的瞬时遗忘和之前研究的永久性内源遗忘不同,瞬时遗忘并不会影响记忆的存储,而只会影响记忆的提取。经历过一小时的恢复期后,果蝇会继续表现出很好的学习记忆现象。之后作者又继续找到了负责瞬时遗忘的脑区、PPL1-α2α’2神经元和参与的多巴胺受体DAMB,并通过功能性钙成像实验在分子层面上验证了之前的结论,即激活负责瞬时遗忘的神经元并不会抹掉之前形成的记忆。

另一篇发表在Cell上的文章Distinct Dopamine Receptor Pathways Underlie the Temporal Sensitivity of Associative Learning讨论的是联想记忆中,有关刺激顺序的不同如何导致相反的行为。这种记忆处理和输出,反应的是生物体面对复杂的环境时,如何根据事件发生的先后顺序而产生正确的因果联系,从而做出正确判断来规避未来的风险。作者使用的范式是在训练中改变气味刺激和多巴胺神经元强化的顺序,测试时观察果蝇对气味的反应(躲避或者追逐)。这一范式的优点在于类似小鼠的T-迷宫实验,可以对同一个实验对象重复训练测试。forward pair training: 先给苹果醋气味,隔段时间再激活PAM神经元(编码奖赏信号),测试时果蝇会被气味吸引。backward pair training:先激活PAM神经元,隔段时间后再给苹果醋气味,测试时果蝇会躲避气味。这暗示,在backward pair training中,果蝇形成了奖赏信号的停止和苹果醋气味之间的关联记忆,以致于在测试时,这种关联记忆抑制了之前forward pair training时形成的记忆和自身对苹果醋本能的偏好。即在backward pair training后,有关之前学习的联想记忆会被迅速重写,并且形成和之前效价相反的记忆。除了行为学以为,作者还搭建了一套可以同时观察神经元活动和果蝇行为的装置。功能性钙成像实验发现,不同的pair training方式会对下游神经元产生不同的效果,且这种效果由表达在同一个神经元上的两类多巴胺受体DopR1和DopR2介导。两类受体通过不同的第二信使使下游神经元去极化或超极化,从而产生不同的行为结果。

瞬时遗忘是生活中很常见的现象,例如提笔忘字或者话到嘴边却一时忘记。瞬时遗忘对于生物来说,也是一种非常重要的应激反应,可以使生物体集中精力应对当下更重要的事情。这篇文章不仅提取出了新的遗忘现象也研究清楚了机制。第二篇文章则是讨论了一种更复杂、高级的记忆处理方式,即生物体如何在记忆形成中感知事件发生的时序,从而应付复杂的环境。学习记忆领域经过多年的蓬勃发展,所研究的记忆现象越来越复杂。

有关肠道与神经系统互作的研究

肠道不仅是消化器官,也具有复杂的神经网络,被称为“第二大脑”。利用果蝇研究肠道与神经系统互作的工作近三年于CNS上共发表了4篇,其中3篇来自同一个实验室。4篇文章中,有2篇是针对受孕后雌果蝇的研究。Fitness trade-offs incurred by ovary-to-gut steroid signaling in Drosophila中报道,受孕后雌果蝇的子宫会分泌蜕皮激素作用于肠道,促进肠道干细胞的分化、增加肠容量。这一过程帮助雌果蝇更好的吸收食物中的营养,为生育繁殖储备能量。但是这种干细胞的分化同时极大的提高果蝇罹患肠道癌症的风险,降低其寿命。进化使得雌果蝇放弃一部分健康,为更好的繁衍种群让步。Enteric neurons increase maternal food intake during reproduction 中则揭示,交配后的雌果蝇会释放类固醇和肠内分泌激素,这些位于肠道的物质会作用于果蝇脑中的Ms+神经元。Ms+神经元在接受到来自肠道神经元的信号后,开始向果蝇的嗉囊(功能类似于胃)释放可以使之肌肉松弛的神经肽,最终增加雌果蝇的胃容量,以助其摄入更多的食物。这篇工作阐述了脑-肠轴之间双向通讯的方式,也讨论了雌性受孕后体内产生的一些生理变化的原因。

总结

发表在CNS上的文章特点有工作量巨大、使用较新的技术、实验流程和思路系统流畅、讲述的故事很完整。除此以外可能更重要的是,这些文章的立意并不局限于眼前解决的问题。神经生物学不同于动物学或者生态学,我们的目的不是理解我们使用的模式动物,而是为了通过利用合理的模型来解决更具有普适性的问题。这也提示我们在选择研究课题和方向之前,先问一问,通过我们的研究究竟想要回答什么样的问题,这些问题的解决对于理解科学问题本身、而不是模型动物自身有多大的推动。

本次journal club的 slides 见附件pdf:

2021-06-24 journal club PPT

-by 孙梦实

2021-03-25 Journal Club总结

 

闻香真的可以识女人吗?——以果蝇为例聊聊信息素

本次journal club的 slides 见附件pdf:

2021-03-25 Journal club PPT

by 蒋昕钰

2021-06-24 Journal Club公告

 

2021年6月24日,我们将进行2021年度第四次Journal Club,组织者为孙梦实,参与者有苏祥彬、金思慧。Journal Club的总结及报告内容(Slides)将在会后张贴出来。

报告主题:Why were these papers accepted by Cell&Nature&Science?

报告内容:我们选择了近三年发表在 CNS 上的以果蝇为模式动物研究神经行为学的文章,试图和大家一起领略、探讨高水平研究的风采。
12:00-12:30 孙梦实 Overview of selected CNS papers
12:30-13:00 金思慧 CNS papers about sleep
13:00-13:30 苏祥彬 CNS papers about feeding
13:30- 讨论

2021-05-27 Journal Club总结——FlyBase:果蝇研究中不可或缺的工具

 

1.引言

本能行为如何产生和如何被调控一直是神经科学家很感兴趣的问题。本能行为主要受基因调控,很少或不依赖后天学习。我们以果蝇为动物模型,研究本能行为如何受基因调控。了解和认识基因的结构与功能对我们解析本能行为的神经环路和调节机制很有帮助,而Flybase (http://flybase.org/)就是一个能帮助我们了解基因功能的一个重要的数据库,对于我们的研究来说几乎不可或缺。

2.我们为什么需要数据库?

人类对基因的研究从很久之前就开始了,但随着测序技术的普及和基因组计划的推进,越来越多的实验室获取了多个物种的基因组序列信息。如何安全的储存这些信息成为了一个难题,因为这些数据不仅占据了大量的内存,还有在实验室之间交流时也无法快速的交换自己的信息。数据库的诞生就解决了这样的问题。数据库一般由一些比较大的机构或政府负责运行,它收录的所有已发表的序列信息以及用户自行上传的信息,而且可以同时将信息呈现给无数位在线的用户,并且也不用担心硬盘被盗或损坏导致数据丢失的现象。数据库的出现促进了生物信息学的发展,也促进了学者之间的信息交流。目前也有一些数据库专门收集了果蝇研究相关的信息供我们使用。FlyBase就是专门提供果蝇基因组序列信息的数据库。除此之外还有像可以查询果蝇神经元连接的数据库neuPrint,以及查询行为与脑区对应关系的工具BABAM,这些工具都为我们的研究提供了便利。

3.Flybase简介

FlyBase成立于1992年。在成立之初,由于技术还没有很发达,数据来源主要是已发表的研究和用户自己上传的数据,但现在随着第二代测序技术和基因芯片等技术的普及,以及基因组计划的进行,FlyBase的数据得到了进一步扩展。截止到2018年,FlyBase收集了共12种果蝇的基因序列信息。但现在由于运营经费等原因,只提供5种果蝇的序列信息了,其中也包括实验室最常用的的模式生物黑腹果蝇(Drosophila melanogaster),其他物种的信息予以保留但不再更新。此外,FlyBase作为专门为果蝇研究者服务的数据库,与其他的一级数据库相比,它提供的信息会以我们更熟悉的命名出现(如insulin在果蝇中被称为Drosophila insulin-like peptide,即dilp),可以节省我们对检索信息的筛选时间,更快的获取有用信息。

FlyBase主页主要由几部分组成。首先是在网页中心部位的Main Query Tools,它是FlyBase的快速检索工具栏,通过这个位置检索能迅速获得关于目标基因的定位、序列、功能、等位基因、同源基因、相关实验结果、stock、参考文献等信息。此外在基因查询的结果反馈页面还提供了跳转到其他数据库的超链接,方便用户通过其他数据库获取相关信息。

第二个重要的部分是位于主页最上方的常用工具栏,里边包括BLAST、GBrowse/JBrowse、RNA-seq、Vocabularies、ImageBrowse等工具。

BLAST全称Basic Local Alignment Search Tool,是一个基因序列查询工具,使用BLAST可以将你提供的序列与FlyBase所提供的49个物种的序列信息进行比对,找到同源基因或者分析它们之间的相似程度。

GBrowse是Genetic Model Organism Database(GMOD) Project开发的一个基于Web 的基因组浏览器工具,因其灵活的定制功能,而被广泛使用。目前有许多模式生物数据库使用GBrowse构建了自己的基因组浏览器,如小鼠、果蝇、NCBI的HapMap等等。GBrowse 基因组浏览器的基本功能是提供一个可视化的基因组浏览界面,该界面是一个以序列长度作为横坐标,以各数据项作为纵坐标的二维显示界面,目前支持基因组序列以及基因、SNP等常见注释数据的显示。

RNA-seq工具提供了多种服务用于目的基因的筛选。比如用户可以获得果蝇在特定生长阶段、特定组织中、特殊处理下以及某些果蝇细胞系中符合一定条件的基因表达,也可以检索到与输入的基因表达谱类似的基因,还可以获得目的基因不同外显子在不同发育阶段或不同组织中的表达情况。

Vocabularies工具可以对数据库中的信息进行筛选,使用户可以获得某一类型的信息,如在检索时选择了Gene Ontology(GO),则只会获得基因本体论相关的基因注释,而不会获得其他像等位基因、stock、发育、解剖学等相关的信息,大大简化了结果输出界面,减少用户在不感兴趣的界面上停留的时间。

此外还有一些小工具,如ImageBrowse,可以用于查询FlyBase收录果蝇的各个组织及各个发育阶段的解剖图谱;Interactions Browse则可以查询与目的基因可能有互作的基因和蛋白;FlyBase的Human Disease Model Reports项目也为研究人类疾病模型的科学家和果蝇研究人员提供了对接窗口,帮助科学家们了解果蝇在人类疾病模型构建中的研究现状,还整理了致病机制及致病基因的同源基因等大量信息,使科学家能在最短的时间内检索到尽可能多的相关信息。

在FlyBase主页的左侧,还提供了一些果蝇相关的学习资源的外链接、相关会议通知以及一些出版物,在下方还有一些其他物种的数据库或基因比对网站,通过这些网址,用户可以自行了解感兴趣的信息。

4.结语

虽然FlyBase为果蝇研究者们整理并提供了更为精简的信息,但在用户使用体验上做得并不是很好。比如在Interactions Browse中提供的基因互作关系并不能通过超链接的方式跳转到提供References的页面,用户还需要自行检索;在RNA-seq Tools中,用户除了获得基因相对表达情况外也不能获得更深层的信息;FlyBase主页上很多外链由于更新不及时,点进去会出现无法显示该网页等情况。这些对于工程师来说应该是很好解决的问题(可能是经费短缺导致维护人员较少的原因),希望科研人员能多多支持FlyBase,以持续改进Flybase的各项功能,更好地为果蝇研究者提供服务。

 

本次journal club的 slides 见附件pdf:

2021-05-27 Journal club PPT

by马铭泽

2021-05-27 Journal Club公告

 

2021年5月27日,我们将进行2021年度第三次Journal Club,组织者为马铭泽,参与者有陈洁、赵环。Journal Club的总结及报告内容(Slides)将在会后张贴出来。

报告主题:FlyBase: a Database of Drosophila Genes and Genomes.

报告内容:

12:00-12:30 赵环 Overview and Main Query Tools.

12:30-13:00 陈洁 Genomic Search Tools and Browsers.

13:00-13:30 马铭泽 Interactions Browser and Other Tools.

13:30- 讨论

2021-04-29 Journal Club总结:成熟的必经之路——激素

 

成熟的定义是什么呢?有人会说根据我国的法律规定,十八周岁以上即为成年人,认为十八岁就是成熟的标志。但或许在父母和导师的眼里,我们可能永远是个长不大的孩子。如果想要理解成熟这个概念,首先需要给成熟下一个定义,对于动物来说成熟主要指各个器官的形态和机能发展到完善的状态。其中青春期在成熟过程中十分关键,在此期间机体会发生很大的变化。在身体的形态和机能方面,体型会迅速增大,内部机能逐渐健全,各种器官功能趋于完善,特别是神经系统的发育接近成熟。在生殖能力方面,出现第二性特征,雌雄的差异性逐渐增大,生殖器官和生殖细胞迅速发育并趋向成熟。

一、激素调控成熟过程中的保守性

在生长发育过程中,类固醇激素对于发育阶段的转换起到十分关键的作用。在哺乳动物中,下丘脑-垂体-性腺轴的激活诱导的性腺类固醇激素分泌的增加标志着青春期起始,下丘脑中促性腺激素释放激素的分泌诱导垂体促黄体生成激素和促卵泡激素的产生。这两种激素通过循环系统到达性腺,刺激性腺中类固醇性激素的产生。因此,性激素水平的增加促进了青春期过程中身体形态特征和机能的成熟。

在果蝇的生长历程中,需要经历幼虫期、蛹期和成虫期。幼虫期间经历两次蜕皮使身体快速的生长,而到了蛹期后会经历变态发育形成形态和机能成熟的成虫。与哺乳动物相似,果蝇从幼虫发育到成熟的转变过程中由昆虫中唯一的类固醇激素——蜕皮激素的增加而引起的。蜕皮激素的合成也受到大脑神经元的调控,其中果蝇大脑中的促前胸腺激素神经元(PTTHn)通过分泌神经肽促前胸腺激素(PTTH)至前胸腺(PG),由前胸腺合成分泌蜕皮激素,蜕皮激素通过与核受体结合并启动各种靶基因的表达,协调生长、成熟和形态的变态过程来诱导发育的转变。因此,昆虫的促前胸腺激素神经元-前胸腺轴和哺乳动物的下丘脑-垂体-性腺轴在发育成熟方面起着类似的关键作用。

二、影响蜕皮激素分泌的因素

蜕皮激素在果蝇的生长发育中发挥着不可或缺的作用,那么有哪些因素影响蜕皮激素在合适的时机发挥作用,保证每次蜕皮和变态过程不会提前和滞后的呢?前胸腺作为蜕皮激素分泌的主要器官,并且作为调控蜕皮激素体内滴度的中央节点,它会通过整合不同的生理和环境信号来调控蜕皮激素的产生从而触发每次的蜕皮和变态反应。

1917年Stefan Kopec利用结扎实验探究花蛾的变态发育过程中,发现大脑会分泌一种激素,其对于花蛾幼虫的化蛹过程是必要的。几十年后被证实,这种大脑分泌的激素为PTTH,PTTH由大脑内PTTHn产生,分泌至血淋巴循环系统作用于前胸腺器官。PTTHn的失活将严重延缓幼虫的蛹化时间。同样,PTTHn也受到生理和环境信号的调控,比如节律神经元通过对PTTHn的调控来调节蜕皮激素的产生的节律,另外也有研究表明当幼虫中的成虫盘组织受到物理或者遗传损伤后,也会通过影响PTTH的产生,从而影响蜕皮和变态过程。所以大脑中PTTHn会整合、评估环境和发育的信号通过分泌PTTH来调控蜕皮和变态起始的时间点。

1934年Wigglesworth首次提出保幼激素(JH)是昆虫体内的一种维持幼态的激素,因为它可以防止由蜕皮激素引发的变态反应。在幼虫阶段,由分泌腺咽侧体(CA)分泌产生的保幼激素与蜕皮激素协调调控蜕皮过程,防止幼虫的提前变态,在蛹期,保幼激素滴度的急剧下降,而滴度急剧升高的蜕皮激素对蛹期变态过程的调控占据主导作用。保幼激素通过拮抗蜕皮激素来维持昆虫幼虫的保幼特性,并保证幼虫在合适的发育阶段引起变态反应。

幼虫的营养状态对生长、化蛹以及变态发育过程中也起到关键作用。在果蝇中,响应营养状态的关键调控因子是具有保守性的类胰岛素信号通路(IIS),在营养条件适宜的情况下,果蝇分泌胰岛素进入循环系统,通过激活广泛表达的胰岛素受体来参与代谢和生长调节。通过遗传学的方法激活果蝇胰岛素信号将促进果蝇的蜕皮激素分泌并且提前幼虫的化蛹时间。相反,抑制果蝇的胰岛素信号将阻碍蜕皮激素的分泌,从而推迟幼虫的化蛹时间。另外,当环境中的营养条件不适时,前胸腺中mTOR信号会抑制蜕皮激素的产生,从而维持幼态,以促进幼虫体内积累足够的营养,为蛹期的变态反应做准备。所以,营养信号(胰岛素和mTOR)对幼虫生长和化蛹时间起到重要的调控作用。

三、激素在生殖能力方面的影响

果蝇卵孵化后要经历幼虫、蛹然后羽化为成虫。刚羽化出的果蝇,有着与成蝇相似的形态并且身体的各项机能也趋近成熟。但是,要想达到真正的成熟,生殖能力的完善是不可或缺的条件。这里的生殖能力主要包括两个方面,首先是生殖系统方面,生殖腺和生殖细胞的成熟是繁育后代的基础;另外在神经系统方面,求偶行为的成熟是成功交配的前提。

生殖系统方面,保幼激素和蜕皮激素在生殖成熟的过程中发挥着十分重要的作用。保幼激素通过结合特异性的胞内受体对许多涉及卵细胞成熟的过程进行调控。它诱导脂肪体中卵黄原蛋白的合成,促进卵泡上皮细胞间隙的产生,从而通过受体介导的内吞作用促进卵黄蛋白的摄取。在成虫期蜕皮激素会促进蜕皮触发激素(ETH)的产生,而ETH会通过作用于咽侧体上的ETHR来调控保幼激素的合成,从而参与到生殖细胞的调控。另外,有研究发现,蜕皮激素对于果蝇排卵过程发挥着重要的作用,与哺乳动物中孕酮对于排卵的功能类似。所以,激素对于果蝇生殖系统的成熟过程所发挥的功能是不可或缺的。

神经系统方面,雌性果蝇刚从蛹中羽化出来时在一定时间内不会接受交配行为,通过遗传学的方法对保幼激素信号进行干扰后,发现雌性果蝇拒绝的时间会被显著的延长。研究进一步发现,保幼激素通过改变雌性果蝇的信息素产生时间和特征,从而影响雌性果蝇接受交配的时间和吸引力。另外,有研究发现,蜕皮激素参与对雄性求偶行为的调控,当在雄性参与调控求偶行为的神经元中减少蜕皮激素受体的表达后,雄性成蝇的求偶模式发生显著的变化,表现出明显的同性恋表型。所以,激素对于交配时间和交配模式的调控也是十分关键的。

四、总结与展望

小时候的我们每天都会盼望着长大,随着年龄的增长,无意间就进入青春期了,青春期的我们不管是生理还是心理都不受控制的发生着变化,我们享受着这种长大带给我们的喜悦,但同时要适应身体日新月异的变化。个头慢慢变高的同时,我们的性格也变得叛逆,比较易怒甚至具有暴力倾向。更神奇的是,异性之间的差异越来越大,并且我们对异性变得异常的好奇和冲动。青春期的我们会对心爱的姑娘不计代价的进行追求,对情敌也会不计代价的进行竞争。青春期结束后一切可能又回归于平稳,身体和心智也都发育成熟,并繁育后代,随后慢慢走向衰老,最终完成自然界中生命交替的规律。

激素在以上的生命过程中发挥着关键的作用,但激素对成熟过程进行调控的机制还需要更为深入的的探究。果蝇作为一种模式生物,它的生长发育和成熟过程中同样受到激素的影响。激素参与到了幼虫到成虫的变态发育,以及成虫后的生殖系统和求偶行为的调控。以果蝇为模式动物,将极大的促进人类对激素功能的探究,从而促进对生物的生长发育的理解。

果蝇中激素的研究在近些年成果颇丰,但是目前仍有许多尚未解决的问题。以下是我感兴趣的但尚未解决问题:激素对于果蝇的性别决定是否具有与哺乳动物类似的功能?激素对于果蝇求偶行为的影响机制是什么?激素受体通过怎样的方式影响神经元的活性?能否通过改变激素信号来延缓衰老甚至返老还童?

本次journal club的 slides 见附件pdf:

2021-04-29 Journal club PPT

by 王林

2021-04-29 Journal Club公告

 

2021年4月29日,我们将进行2021 年度第二次Journal Club,组织者为王林,参与者为朱寰、李小龙。Journal Club的总结以及报告内容(Slides)将在会后张贴出来。

报告主题:Hormone -The Only Way to Maturation

报告内容:

12:00-12:30:General Introduction for Research Progress of Hormone -王林

12:30- 13:00:Functions of Hormone on Growth and Maturation in Development – 李小龙

13:00-13:30:Juvenile and Ecdysteroid: the Reproduction Related-朱寰

13:30-    :讨论

2021-03-25 Journal Club公告

 

2021年3月25日,我们将进行2021年度第1次Journal Club,组织者为蒋昕钰,参与人有孙梦实,马铭泽。Journal Club的总结以及报告内容(Slides)将在会后张贴出来。
报告主题:Drosophila Pheromones: From Reception to Perception
报告内容:
12:00-12:30 蒋昕钰 Pheromones and Reception
12:30-13:00 马铭泽 Volatile- pheromonal information processing in olfactory system
13:00-13:30 孙梦实 Nonvolatile-pheromonal information processing in gustatory system
13:30- 讨论

2020-12-31 Journal Club 总结

 

衰老是由各种因素综合作用产生的 必然会发生、且依赖于时间的老化过程,这个过程会引起生物体结构与功能的渐近性衰退。然而,衰老的速度 具有可塑性 ,许多因素会改变生物体衰老的进程 。其中,昼夜节律钟驱动着生物体从基因到行为的不同层次的周期性活动 ,对于 它是如何 与 衰老过程 相互作用的 这一问题 引起了广泛的研究与关注 。在这次汇报中,我们首先介绍了利用果蝇作为模式生物研究衰老的原因及优势,以及衰老引起果蝇生理和行为节律特别是昼夜节律变化的研究;其次,介绍了衰老与昼夜节律相互作用的可能机制;最后,虽然衰老是不可避免 的,但是延缓衰老却是可能的,我们介绍了强化或加强昼夜节律系统减缓 衰老相关症状的研究。通过我们的介绍, 一方面 希望可以加强人们对于昼夜节律与衰老相互作用的认识, 对日常的生活能够有所帮助;另一方面,希望果蝇衰老 相关 的研究可以进一步拓展研究人员对于果蝇昼夜节律等行为的时间尺度上的认知。

 

完整总结见附件pdf:

2020-12-31 Journal Club 综述

本次journal club的 slides 见附件pdf:

2020-12-31 Journal Club PPT

by 陈江涛

2020-12-31 Journal Club公告

 

2020年12月31日,我们将进行2020年度第8次Journal Club,组织者为陈江涛,参与人有彭琼琳,苏祥彬。Journal Club的总结以及报告内容(Slides)将在会后张贴出来。

报告主题:Aging and the clock: Perspective from flies to humans

报告内容:

12:00-12:30  陈江涛  Aging alters activity rhythms and circadian clock in D. melanogaster

12:30-13:00 苏祥彬  Study on the mechanism of interaction between aging and circadian rhythm

13:00-13:30 彭琼琳  Strengthening the circadian rhythm system mitigates age-related pathologies

13:30-         讨论

 

2020-12-3 Journal Club 总结

“打打闹闹”,自然之道

本次journal club的 slides 见附件pdf:

2020-12-3 Journal Club PPT

by 高灿

2020-12-3 Journal Club公告

2020年12月3日,我们将进行2020年度第8次Journal Club,组织者为高灿,参与人有纪小小,韩彩虹。Journal Club的总结以及报告内容(Slides)将在会后张贴出来。

报告主题:Neuromodulation and Strategic Action Choice in Drosophila Aggression

报告内容:

12:00-12:30  高  灿 Overview of The Drosophila Aggression Study (History, Study paradigm, etc.)

12:30-13:00  纪小小 Strategic Action Choices in Drosophila Aggression

13:00-13:30  韩彩虹 The winner and loser effect in Drosophila

13:30-         讨论

 

2020-10-29 Journal Club总结

 

社交活动是高度整合了外界信息与内在状态的一种种间交互的运动,融合了动物体的多种本能行为,社交活动中既存在竞争也存在互助,对于社交互动的研究也有助于理解情绪相关的多种心理状态的生化基础,那么David Anderson作为业界大牛是如何对这一问题展开研究的呢?本次的journal club我们对Anderson的研究经历做了一次小小的回顾。

首先基于二十一世纪初,对于果蝇多种本能行为的研究的基础上,David Anderson展开了果蝇行为全自动化分析平台的建设,基于三维定位,图像捕捉,动作鉴定,机器学习等工具,建立了果蝇行为的高通量全自动分析;与之同一思路指导下,也建立了小鼠行为的全自动分析平台。在这两个平台的辅助下,Anderson团队对于果蝇和小鼠的社交行为参与基因和主要脑区进行了大规模的筛选,对于模式动物行为学的认识有了更深的理解。

从果蝇到小鼠的跨物种研究证明调控社交行为的脑区高度交织在一起。在果蝇和小鼠中分别鉴定出一类神经元能整合各种外在感官刺激和内在状态,并调控两种对于雄性来说重要的本能社交行为——同性间的攻击和异性间的求偶。果蝇中雄性特异的P1神经元在低激活水平诱导攻击,在高激活水平诱导求偶;而小鼠中性别二态性的ESR1+VMHVL神经元在低激活水平诱导求偶,在高激活水平诱导攻击。这种等级控制可能是调控社交行为的细胞群的普遍特征。但是在激活强度升高的过程中,无论是被激活的细胞数目,还是每个细胞的平均活动水平都有显著增加。因此解析是相同神经元通过不同的活动水平还是相互抑制的不同的神经元调控多种社交行为是未来重要的研究方向。

在鉴定出主要脑区和神经环路后,Anderson团队将研究焦点聚焦于社交的影响。社交可以使本能的行为得到强化,比如多日连续的打斗可以使小鼠的攻击性更强;社交也可以使一些本能行为变得更为精确,比如与多次与雌性和雄性的社交行为可以使小鼠对雌性的mounting行为更多,对雄性的aggression更强;而且,社交能改变小鼠的内在状态,改变小鼠的行为反应,比如多日社交可以减弱小鼠对压力的应激反应。

通过这次的小小回顾,希望对大家的研究思路有所启发!

-by 赵环

(本次journal club的 slides 见附件)

2020-10-29 Journal club PPT

2020-10-29 Journal Club公告

 

2020年10月29日,我们将进行2020年度第7次Journal Club,组织者为赵环,参与人有蒋昕钰,朱寰。Journal Club的总结以及报告内容(Slides)将在会后张贴出来。

报告主题:David Anderson‘s research route on social behavior

报告内容:

15:00-15:30  赵环  The definition and analysis approach of social behavior

15:30-16:00  蒋昕钰 Dissecting the brain circuit of social behavior

16:00-16:30  朱寰  Controlling of social behavior on molecular level

16:30-       讨论

2020-09-24 Journal Club 总结

 

本次journal club我们以果蝇的产卵为主题,系统讲述了果蝇产卵行为的发生和调控。内容主要分为以下三个部分。

1,The physiological basis for flies to lay eggs

动物的繁殖行为的正确进行是生命得以延续的基础,现在我们以果蝇为模式动物研究产卵行为的发生及调控。果蝇的产卵的发生大致分为五个步骤。其中卵巢是卵子发生的产所,姐妹细胞在卵巢经历14个不同的时期后,最终转变为成熟的卵母细胞并停留在减Ⅰ中期;在雄性精液蛋白ovulin的刺激下将卵排出卵巢进入输卵管,在该阶段完成卵子的活化,为胚胎的发育做好准备;随后从输卵管进入受精的场所-子宫,子宫将卵子固定在合适的位置便可与接受的精子进行受精过程。受精后果蝇便可进行卵的沉积。

2,Negative modulation of egg-laying in Drosophila

果蝇的产卵受到多方面因素的调控,其中天敌、产卵基质的特性和果蝇的内在状态等是抑制果蝇产卵的主要因素。在面对摄食卵的天敌时,雌蝇会作出相应的应对,如通过嗅觉环路感知拟寄生物的化学信号从而完成躲避过程。在感知黄蜂这一天敌时,视觉起到了主导作用,并且天敌信息可以通过视觉传递给其他果蝇。这种视觉信号可能是通过诱导卵巢细胞凋亡来抑制产卵的。雌蝇会通过感知外界环境决定产卵地,而有些产卵环境并不利于果蝇产卵,如含糖环境、有菌环境等。

3,Positive modulation of egg-laying in Drosophila

雌蝇在交配后,会表现出明显的post-mating behavior,主要有产卵量增加、拒绝求偶和生命周期减少等。其中雌蝇的产卵量主要依靠Sex Peptide来调节,该物质由雄蝇的附属腺合成,在交配时伴随精液进入雌蝇,并与雌蝇的Sex Peptide Receptor(SPR)结合, SPR在ppk神经元中表达,是SP诱导交配后产卵增加的必要和充分条件。相似的,外界环境也可以促进雌蝇产卵。雌蝇在产卵时会根基产卵基质的性质进行特定选择,如选择合适浓度的酒精、乙酸、苦味剂等,这些都说明了雌蝇会通过抉择直接或间接的保护后代。

-by 苏祥彬

(本次journal club的 slides 见附件)

2020-09-24 Journal club PPT

2020-09-24 Journal Club 公告

 

2020年9月24日,我们将进行2020年度第6次Journal Club,组织者为苏祥彬,参与人有金思慧,邢丽敏。Journal club的总结以及报告内容(Slides)会在会后张贴出来。

报告主题:The oviposition behavior in Drosophila

报告内容:

15:00-15:30 苏祥彬   The physiological basis for fruit flies to lay eggs

15:30-16:00 金思慧  Negative modulation of egg-laying in Drosophila

16:00-16:30 邢丽敏  Positive modulation of egg-laying in Drosophila

16:30-      讨论

2020-08-27 Journal Club 总结

 

蕈状体(mushroom body)是节肢动物大脑中的一个重要的结构。它是一个对称的结构,位于大脑中央,略在嗅球背侧,中央复合体外围。其形状与蘑菇有些相似,故被称为“蘑菇体”或者“蕈状体”。蕈状体是一个极有研究意义的对象,已有研究使用分子遗传手段发现蕈状体和哺乳动物的大脑皮层同源,蕈状体或许就是了解人类自身的捷径之一。

蕈状体约有2500个细胞,包括至少三类神经元:KC细胞(kenyon cells)、蕈状体输出神经元(mushroom body output neurons,MBONs)和投射至蕈状体的多巴胺能神经元(dopaminergic neurons,DANs),其中DANs与MBONs的胞体均位于蕈状体之外。KC细胞在蕈状体中分为了两个方向不同的叶,分别是:垂直叶(vertical lobe)与内侧叶(medial lobe)。而这两个叶又可以细分成ɑ叶、ɑ’叶、β叶、β’叶、γ叶,它们与不同的DANs和MBON相连,承担了不同的功能。

蕈状体在嗅觉学习记忆中发挥着重要的作用,不论长时程记忆还是短时程记忆均有参与,但主要负责嗅觉记忆。根据已有的研究,在蟑螂与蜜蜂等昆虫中,蕈状体还与视觉记忆等有关。除了一般的记忆之外,蕈状体还参与了睡眠、行走、求偶等行为的调控。

本次的journal club分为了三个部分:

  1. Structure of mushroom body

介绍了蕈状体的结构、输入和输出,蕈状体如何整合信息,以及蕈状体的各部分负责什么功能。

  1. How MB engages in memory?

介绍了蕈状体中长时程记忆如何生成,蕈状体的循环环路,一些重要的MBONs和DANs以及其表达的效价,还有内在状态对记忆的影响。

  1. beyond classic memory

介绍了蕈状体对决策行为、睡眠、行走等行为的调节,还介绍了无强化信号的非传统的学习。

最后,我们根据文献和综述,总结了蕈状体的功能:蕈状体主要负责习得信息和编码了效价的本能信息之间的配对。在配对之后,各种中性的信息通过蕈状体可以像本能的信息一样调节各种行为。或许因此,蕈状体才可以调节如此多的行为。

蕈状体是近年果蝇神经学研究的热点之一,本次journal club只是介绍了一些关于蕈状体的皮毛,希望可以引起大家对蕈状体的兴趣。

-by 朱寰

(本次journal club的 slides 见附件)

2020-08-27 Journal club PPT

2020-08-27 Journal Club 公告

 

2020年8月27日,我们将进行2020年度第5次Journal Club,组织者为朱寰,参与人有王林,马铭泽。Journal club的总结以及报告内容(Slides) 会在会后张贴出来。

报告主题:Mushroom body

报告内容:

14:00-14:30 马铭泽 MB structure

14:30-15:00 王林 How does MB engage in memory?

15:00-15:30 朱寰 What can MB do in other aspects?

15:30-讨论

2020-07-30 Journal Club 总结

 

肠道,与大脑的沟回结构类似,因为拥有庞大的菌群和超过一亿个神经元,被称为人体中的第二个大脑。那么,大脑和肠道到底是以某些方式形成和谐的交流的呢?肠脑轴这个环路对于机体的行为又会有什么影响呢?

大脑对于肠道的调控除了交感神经和迷走神经之外,还可以通过HPA轴对于肠道的通透性产生影响。通过外界环境的刺激产生的精神压力作用于大脑的中枢神经系统,即通过top-down regulation的下行调控,对于胃肠动力,肠粘膜通透性和信号分子在肠腔内的释放等都有影响。反之,肠道对于大脑的调控也同样重要。目前已知的肠道可以生成超过30种神经递质,基本上都是通过肠道内分泌细胞合成的。除此之外,肠道可以通过迷走神经给大脑发送信号。还有常见的HPA轴,细菌的代谢物,免疫信号等一系列从肠道作用于大脑的信号机制。用通俗的话讲,精神压力可以造成肠道菌群的紊乱,而肠道失衡同样可以影响大脑的正常功能。

在小鼠和果蝇两种不同的模式生物体中,肠脑轴对于社交行为,摄食行为,学习记忆以及情绪等都有深刻的影响。肠道菌群的变化可以导致大脑功能的改变,进而影响宿主的行为,比如焦虑、抑郁和认知功能损伤等等。最近的一些研究也发现,抑郁症患者、帕金森病患者和精神分裂症患者的肠道菌群与健康人群明显不同,将抑郁症患者、帕金森病患者与精神分裂症患者的粪便细菌分别转移至无菌小鼠肠道中后,这些无菌小鼠会分别表现出类似抑郁症、帕金森病和精神分裂症的症状。

大脑产生的信号能够影响微生物组的构成,而微生物分泌的化学物质又能够反过来塑造大脑的结构。这是我们身体的神奇之处,随着肠脑轴的深入研究,其重要性可能会颠覆我们的认知。这次的汇报只涉及到了这个重要领域的一小部分,希望能给大家带来一定启发。

-by 金思慧

(本次journal club的 slides 见附件)

2020-07-30 Journal club PPT

2020-07-30 Journal Club 公告

 

2020年7月30日,我们将进行2020年度第4次Journal Club,组织者为金思慧,参与人有王林,马铭泽。Journal club的总结以及报告内容(Slides) 会在会后张贴出来。

报告主题: The bidirectional communication between brain and gut

报告内容:

14:00-14:30金思慧 The signal mechanism regulating Gut-Brain Axis

14:30-15:00马铭泽 The Gut-Brain regulation of behavior in mice

15:00-15:30王林 Physiological function in Drosophila through Gut-Brain communication

15:30-讨论

2020-06-24 Journal Club 总结

 

为什么要睡觉?这是长久以来困扰科学家们的一个问题。睡眠在一定程度上是由生物钟调节的,它确保了适当的睡眠时间,同时睡眠也受到诸如睡眠压力、食物供应和社会环境等因素的调节。与昼夜节律研究的悠久历史相比,D. melanogaster的睡眠研究相对较近,始于2000年发表的两项研究,并且其睡眠与其他生物的睡眠非常相似,在鉴定调节睡眠的基因和神经环路等研究中发挥了很大的作用。

在这里,我们讨论了睡眠和求偶之间的相互影响,果蝇睡眠的神经环路,睡眠剥夺后的自我平衡机制等。例如雄性会因为雌性及信息素的原因保持sexual arousal的状态导致睡眠时间的减少,睡眠剥夺会损伤雄性果蝇的求偶能力,雌果蝇在交配后会花费更多的时间寻找食物和产卵地点从而降低睡眠时间等等。

但对目前的研究来说也存在很多悬而未决的问题,如:雄性果蝇在与雌性群养导致的睡眠剥夺后为什么不需要sleep rebound?雌性睡眠剥夺后接受能力为什么基本不受影响?科研人员把post-mated雌性睡眠时间的减少理解为资源需求的驱动,但其背后的分子和神经环路调控机制是什么?

目前关于睡眠的研究所揭示的不过是冰山一角,本次汇报更是其中的一隅,更多有趣有意义的现象及其背后的神经机制等待大家的探索。

-by  邢丽敏

(本次journal club的 slides 见附件)

2020-06-24 Journal club PPT

2020-05-28 Journal Club 总结

(我们终于开学了。。。)

本次 journal 旨在向大家介绍更多样的神经元间信号传递的方式。

  1. 对比了神经递质和神经肽的所在囊泡类型、合成和分泌上的区别。神经肽的释放需要胞内有更多弥散的钙离子。当动作电位频率较低时,突触末端的 active zone 的钙离子浓度足以促使神经递质释放,但为了维持胞内钙离子浓度的稳定,钙离子会很快被泵出。只有当动作电位频率较高,钙离子泵入前膜神经元的速率高于其泵出速率时,胞内钙离子浓度才会维持在较高水平,从而促使神经肽释放。
  2. 神经元通过分泌神经递质传递信号。现在我们知道:1)大多数神经元都表达多种神经递质或神经肽,而不仅仅是一种神经递质。2)通常一个神经元在它所有的突触上都释放同样的神经递质。但是,目前已经发现,一些神经元会在它不同的突触部位,释放不同的神经递质。3)神经元的神经递质表型可以改变。很多神经元在它发育形成的过程中,和发育完成之后,可能释放不同的神经递质;在不同的环境和生理变化中,神经递质的表型也可能会发生转变。 发育过程中的递质转换依赖于细胞自主的电活动或者外界生长环境的刺激,成年后的神经系统中的递质转换一般是作为对环境变化的适应或一些疾病的症状。这些认识对理解神经系统的功能非常重要,因为它们,使得神经环路增加了复杂性和可塑性潜能。
  3. 神经元之间的信号传递除了突触前后的神经元以外,胶质细胞也发挥了不可忽略的作用。由突触前后神经元和胶质细胞一起组成tripartite synapse。胶质细胞和神经元之间不通过形成synapse或 gap junction沟通,而仅通过很近的物理距离进行互作。胶质细胞包裹住神经元,通过对神经递质进行重吸收,来调节神经元的信号传递。例如胶质细胞参与对果蝇节律的调节,就是通过参与多巴胺的代谢循环从而参与多巴胺神经元的活动。在胶质细胞中,表达NaChBac和shibire都可破坏果蝇的节律,表明胶质细胞可以被兴奋,且可能通过调节突触部位的神经递质浓度参与节律的调节。

-by 孙梦实

(本次journal club的 slides 见附件)

2020-05-28 Journal club PPT_compressed

2020-01-03 Journal Club 总结

 

本次journal我们以美国科学院院士Bruce Baker为主题,通过纪传体的方式对Bruce Baker以及其实验室的发表的工作进行了汇报。内容主要分为以下三个方面。

  1. Sex Determination and Dosage Compensation in Drosophila

在Sex Determination中我们介绍了关键的sxl 基因是怎样通过识别性染色体和常染色体的比率,从而起始自身的转录翻译,最终调控果蝇的雌雄性别。同时我们也解释了性别决定通路中重要的tratra-2的分离克隆及其功能。在Dosage Compensation部分,介绍了 SXL蛋白是如何抑制msl-2基因(MSL-2是MSL comlex的重要组成部分)的表达,同时也解释了MSL comlex是如何作用于雄性果蝇中的X染色体,使其转录加倍,从而达到计量补偿效果。

  1. The Development of Sexually Dimorphic Structures and the Evolution of Sex

到了1990,随着大多数性别决定通路上的核心基因被识别和鉴定,Bruce.S.Bake提出了一个重要问题:性别决定通路是如何指导发育上的性别二态性的形成?基于此,Bake Lab以果蝇的genital imaginal disc(生殖器成虫盘)为模型,发现了一系列调控genital imaginal disc发育的基因,解释了性别决定通路是如何影响雌雄果蝇的性别二态性的形成。

与此同时,Bake Lab也通过DNA Microarray等方法,尝试找到性别决定通路中的下游target genes。我们也以找到的Lgr3(受frudsx调控)为例介绍了这部分工作。

  1. Sex Behavior Meets the Sex Determination Regulatory Hierarchy: The Genetic Control of Sexual Behavior

随着fruitless 基因的发现,Bake Lab的兴趣转向了基因是如何调控行为的方向。在此期间,确定了1>fruitless 调控雄性果蝇的求偶,2> fruitless 拥有性别特异的转录本,3> fruitless 影响MOL(Muscle of Lawrence)的发育。

随后,Bake Lab对fruitless是如何调控求偶行为的开始,持续等背后的神经机制进行了深层次的探索。同时也陆续对fruitless and doublesex 的表达pattern是如何调控果蝇的 innate behaviors进行了阐释。

-by 陈洁

(本次journal club的 slides 见附件)

2020-01-03 Journal club PPT

2020-01-03 Journal Club 公告

 

2020年1月3日,我们将进行2020年度第1次Journal Club,组织者为陈洁,参与人有金思慧,刑丽敏。Journal club的总结以及报告内容(Slides)会在会后张贴出来。

报告主题:Sex and the Single Fly: A Perspective on the Career of Bruce S. Baker

报告内容:

9:00-9:30 happy hour

9:30-10:00 陈洁   Sex Determination and Dosage Compensation in Drosophila

10:00-10:30 金思慧  The Development of Sexually Dimorphic Structures and the Evolution of Sex

10:30-11:00 刑丽敏  Sex Behavior Meets the Sex Determination Regulatory Hierarchy: The Genetic Control of Sexual Behavior

11:00-       讨论

 

Bruce had an exceptionally rich academic career. He made major, revelatory contributions to scientific knowledge, with the publication of >100 academic papers from his laboratory. While he and his trainees examined several research topics using different approaches, he spent 4 decades deeply focused on elaborating upon the theme of his first major sex determination paper “Sex and the single cell. I. On the action of major loci affecting sex determination in Drosophila melanogaster” (Baker and Ridge 1980). This theme took the laboratory on a journey through a range of intellectual topics, from reproductive behavior, to alternative pre-mRNA splicing, to sex chromosome evolution, sex differences in developmental biology, and many more. Each topic was approached with a high level of scientific rigor, curiosity, and ingenuity, through Bruce’s mentoring and training the next generation of scientists. Bruce told members of his laboratory that he had planned for a series of “Sex and the single cell” papers. However, time passed, and the second one arrived a full 30 years after the first, titled “Sex and the single cell. II. There is a time and place for sex” (Robinett et al. 2010). It is unfortunate for the scientific community that we will not know the next chapters, as they would have been written by Bruce. (Andrew et al., Sex and the Single Fly: A Perspective on the Career of Bruce S. Baker, 2019, Genetics, 212: 365–376)

2019-11-29 Journal Club 总结

 

神经元是构成神经系统结构和功能的基本单位。本期Journal围绕果蝇脑内的蘑菇体神经元轴突的修剪、da神经元树突的修剪和CCAP神经元胞体和神经突重建三个方面进行了系统的介绍。最后提出的一些问题包括:

  1. 神经元发育已完成之后,再操控一些关键基因是否还会导致特定神经元的修剪?
  2. 在变态发育过程中,是否所有的神经元都发生了剧烈的变化?
  3. 哪些神经元形态的发生过程适合当作模型来研究神经元生长过程中的分子调控机制?

by彭琼琳

(本次journal club的 slides 见附件)

2019-11-29 journal club PPT

2019-11-29 Journal Club 公告

 

2019年11月29日,我们将进行2019年度第9次Journal Club,组织者为彭琼琳,参与人有孙梦实,苏祥彬。Journal club的总结以及报告内容(Slides)会在会后张贴出来。

报告主题: The mysteries of neuronal remodeling

报告内容:

14:00-14:30 happy hour

14:30-15:00 彭琼琳     Axon pruning of mushroom body (MB) γ neurons

15:00-15:30 孙梦实     Dendrite remodeling of dendritic arborization (da) neurons

15:30-16:00 苏祥彬     Cell migration of CCAP/Bursicon neurons

16:00-       讨论

2019-10-25 Journal Club 总结

 

动物的心智和思维一个黑箱。我们可以测试动物的感知、观察动物的动作,但是我们难以触及其内心世界。一般的观点认为动物依靠着神经系统中一套稳定的流程来处理外界信息并产生有效的行为。所以精神病可以理解为患者神经系统的复杂流程出了一些差错,从而导致异常的行为输出。某种意义上来说,在神经科学研究中的转基因手段也相当于人工地创造一种精神病,并借此了解非病理状态的神经系统。精神病就像是黑箱上的一条裂缝,我们可以通过精神病管中窥豹,稍微更加清楚地了解生物复杂的内心世界。

精神疾病成因不外乎遗传因素和环境因素。我们常常听说的精神病包括:抑郁、躁狂、强迫症、神经衰弱、自闭症和臆症。其中只有自闭症的病因主要偏向遗传因素,剩下的精神病的形成都非常依赖环境。换言之,即使是一般人在某些极端的环境下也会表现出类似于精神病的症状,虽然一般很快就能恢复。对那些更偏向环境所致的精神病而言,这些行为只不过是一些对外界环境过激的行为对策。

我们此次的报告介绍了三种神经病:depression,schizophrenia和autism。尽管我们希望更加深入地介绍这些疾病的发病原因,并借此多理解一些果蝇的神经机制,但由于使用果蝇作为模式动物研究精神病的研究过少,且更侧重遗传研究。所以我们主要从行为异常、基因缺陷和研究手段这些方面介绍了这些神经病。

虽然关于精神病的研究仍不够深入,但我希望能通过此次汇报让大家多少熟悉一些精神病的研究方法。或许可以使其有机地融入我们的研究方法之中。

by朱寰

(本次journal club的 slides 见附件)

2019-10-25 Journal Club PPT

2019-10-25 Journal Club 公告

 

10月25日,我们将进行2019年度第8次Journal Club, 组织者为朱寰,参与者有赵环、蒋昕钰。Journal Club的总结以及报告内容(Slides)将在会后张贴出来。

主题:Drosophila the psychopath

内容:

14:00-14:30 Happy hour

14:30-15:00 朱寰: Depression

15:00-15:30 赵环: Autism

15:30-16:00 蒋昕钰: Schizophrenia

16:00- 讨论

2019-09-27 Journal Club 总结

 

多巴胺在进化过程中是一种高度保守的神经递质。在哺乳动物体内,多巴胺在成瘾、运动、学习和记忆等行为中都扮演着重要的角色。目前广泛被大众所知的阿尔兹海默综合征便是由多巴胺能神经元的变性死亡有关。而且最新的研究表明,多巴胺水平可以精确控制小鼠在短时间内做出决策。

果蝇同样作为一类广泛应用于多巴胺功能的模式生物。在已知的十万个神经元中,大概有127个多巴胺能神经元。多巴胺在体内由一系列酶催化合成,通过转运蛋白运输出膜。多巴胺与突触后神经元上的受体所结合并启动不同的链级信号。多巴胺作为一种内在驱动力可以和外界环境刺激相结合,从而激活雄蝇的求偶状态,并且高水平的多巴胺还可以促进雄性与雄性之间的求偶行为。第二部分讲述了多巴胺与奖赏和成瘾之间的关系。多巴胺需要直接作用于蘑菇体的KC部分加以强化学习。虽然在果蝇中大部分的奖赏信号都被认为是由章鱼胺介导,但是由酒精、尼古丁、可卡因等引起的成瘾行为还是主要由多巴胺信号引起。第三部分讲述了多巴胺与睡眠和唤醒之间的关系。一个重要的基因fumin在果蝇睡眠剥夺之后会减弱其反弹的效应。PPL1和/或PPL3多巴胺能神经元能够参与到果蝇的觉醒过程之中。除此之后,多巴胺参与的行为调控过于宽泛,例如学习记忆,食欲等一系列行为。

目前对于多巴胺的研究仍然有待深入。尽管人类和果蝇之间还有一定的差异,但我们仍然期望着从果蝇角度的研究能够为多巴胺的信号和相关疾病提供一个新的视角。最后,希望此次汇报能够给大家提供一点帮助。

by金思慧

(本次journal club的 slides 见附件)

2019-09-27 Journal Club PPT

2019-09-27 Journal Club 公告

 

9月27日,我们将进行2019年度第7次Journal Club, 组织者为金思慧,参与者有陈洁,高灿。Journal Club的总结以及报告内容(Slides)将在会后张贴出来。

主题:Behavioral Modulation by Dopamine in Drosophila

内容:

14:00-14:30 Happy hour

14:30-15:00 金思慧: Dopaminergic circuits in Drosophila

15:00-15:30 陈 洁: Dopamine and reward pathway in Drosophila

15:30-16:00 高 灿: Dopamine in regulating arousal and sleep in Drosophila

16:00- 讨论

2019-08-30 Journal Club 总结

 

大脑作为人体最重要的器官,是控制运动、产生感觉及实现高级脑功能的高级神经中枢,如何最大限度的开发大脑的功能以及攻克阿尔兹海默症等大脑疾病一直以来都是科学界研究的热点问题。脑科学正日益成为世界各国争相研究的重点科学领域之一,甚至可以毫不夸张地说,世界上大多数伟大的科学家都在研究大脑。本次journal club以模式生物Drosophila作为研究对象,围绕脑科学的其中一部分“学习与记忆”,展开了讨论。

尽管黑腹果蝇表现出多种类型的学习,包括视觉和位置学习,并且在不同的学习以及联合学习中都取得了一定进展,但到目前为止,嗅觉学习已经被证明是剖析问题最有力和最有价值的学习类型。在果蝇的嗅觉学习和记忆范式中,果蝇学会将气味(条件刺激:CS)与轻度电击的负强化,或与食物奖励的正强化联系起来(非条件刺激:US)。

我们本次的报告围绕着果蝇嗅觉学习记忆为主线,主要分为三个部分。第一部分讲述了果蝇通过位于触角第三节以及上颌触须两侧的嗅觉感受器神经元(ORNs)探测空气中的气味,ORNs的轴突投射到单个Antennal lobe (AL) glomeruli中。在这些glomeruli中,大多数interneurons (In) 整合和处理ORNs输入的信号并将处理后的气味信息通过projection neurons(PNs)投射到Mushroom Body(MB)的calyx和lateral horn(LH)。以及涉及CS-US整合的分子机制通路。第二部分主要讲述记忆在形成过程中的神经回路和神经元之间的协调作用,其中MB作为嗅觉学习记忆的脑中心起到了非常重要的作用,不同种类的Kenyon cells(KCs)参与不同形式记忆的形成,以及aversive和appetitive conditioning涉及的神经环路投射到了KCs的不同区域。第三部分主要讲述了果蝇嗅觉记忆的遗忘记忆睡眠依赖的记忆保存,Drosophila的遗忘受MBs中Rac活性和细胞骨架的调控(研究成果均来自清华大学钟毅博士实验室),Dopamine(DA)参与记忆遗忘的调控,以及睡眠的增强可以驱动介导遗忘的DANs的活性,从而增强记忆的保留。

本次汇报只是让大家对果蝇的嗅觉学习记忆有一小部分的了解,但目前关于学习记忆的研究仍然存在很多的疑点和难点,希望本次汇报抛砖引玉,可以帮助大家有所启发。

by 邢丽敏

(本次journal club的 slides 见附件)

2019-08-30 journal club PPT

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

2018-12-28 Journal Club 公告

 

12月28日我们将进行本学期第四次Journal club,组织者为韩彩虹,参与人有彭琼琳,苏祥彬。Journal club的总结以及报告内容(slides)会在会后张贴出来。

主题: doublesex and sexual dimorphism

内容:

15:00-15:30 韩彩虹:The evolutionary origination of doublesex

15:30-16:00 彭琼琳:doublesex determinates sexual differentiation

16:00-16:30 苏祥彬:Sexual dimorphic behaviors are regulated by doublesex

2018-11-30 Journal Club 总结

 

随着上世纪二十年代第一个neurotransmitter的发现,越来越多的neurotransmitter,neuropeptide和neurohormone被发现参与调控着各种各样的行为,而这些化学信号分子它们之间的相似性和不同性也很让人好奇。我们本次Journal Club主题就是针对这些化学信号的相似和不同展开的。

我们小组三人分别针对neurotransmitter,neuropeptide和neurohormone,从历史到结构,从受体到功能分别作了介绍,同时每一种化学信号对行为的调控也各自举了一个经典的例子进行举例介绍。最后我们给出了neurotransmitter,neuropeptide和 neurohormone清晰的定义和对它们的辩别方法,PPT最后也列出了从合成到分泌到受体等各个方面的异同,可以让我们更加系统的去辩别这些化学信号的异同。详见附件slides。

本次Journal Club主要的不足是由于所选内容较多,导致了内容覆盖面并没有特别充分。

而本次也就一些有趣的科学问题展开了讨论。

1.为什么dopamine在mammal中是一个reward信号,而在果蝇中却是参与了aversive memory的调节呢?

2.果蝇中的dilps彼此是否能代偿?

3.能否将IPC中产生的dilp2,dilp3,dilp5同时突变掉,以期观测些行为学的异常。

4.很多neuropeptide的功能都是起调节作用的,所以有时候突变体或是RNAi并不能准确观测到这些neuropeptide的功能,能否有其他的方式可供筛选neuropeptide的功能?

5.相对于neuropeptide而言,neurotransmitter需要较低的刺激就能释放,那我们观测到的同一神经元因激活强度的不同导致产生的不同行为,是否是由于其释放的物质不同呢?

By 陈洁

(本次journal club的slides见附件)

2018-11-30 Journal club PPT

2018-11-30 Journal Club 公告

 

11月30日我们将进行本学期第三次Journal Club,组织者为陈洁,参与人有孙梦实,蒋昕钰。Journal Club的总结以及报告内容(slides)会在会后张贴出来。

主题: From discovery to function: the similarities and differences in neuromodulators

陈洁: 15:00-15:30 Neurotransmitter: a type of classical chemical messenger

孙梦实:15;30-16:00 Hormone: the signaling molecules produced by glands

蒋昕钰:16:00-16:30 Neuropeptide: the small protein-like signaling molecules

2018-10-26 Journal Club 总结

 

昼夜节律是生物中广泛存在的现象,在细菌、植物、动物中,从基因的表达、神经元的活性、激素的分泌、到生理、代谢与行为,都存在昼夜周期性的变化。不依赖于外界环境周期而存在的内在时钟是生物昼夜节律的核心。

本次Journal Club 我们从现代时间生物学出发,认识昼夜节律的基本特征。然后回顾了以果蝇为模型对昼夜节律的机制的研究。自从 Konopka 和 Benzer 在1971年筛选到第一批影响昼夜节律的突变体 period0, periodSperiodL,并将其定位到单一的染色体位置,到 1984 年 Young, Hall 和 Rosbash 克隆了 period 基因。昼夜节律的分子遗传学研究发现了诸多调控昼夜节律的基因,揭示了分子层面基因表达翻译反馈回路形成的自持的分子振荡器作为一种昼夜节律的生物钟。近来的研究在完善分子振荡器的分子通路外,更关注神经系统中表达分子振荡器基因的神经元,即起搏器神经元,的昼夜周期性变化。

我们介绍了内在生物钟如何与外界的环境时钟同步,外界的光、温度等环境因素作用于内在生物钟的分子和神经通路,协调周期性变化同步的机制。我们介绍了内在生物钟如何调控节律性的生理与行为,特别介绍了调控运动节律的起搏器神经元及其下游神经回路。

虽然我们主要介绍了果蝇中的昼夜节律的分子机制,但是这些机制尤其是核心的转录翻译反馈通路,在不同物种产生昼夜节律中是保守存在的。我们看到利用不同物种在解决同一生物学问题时的补充互鉴,也看到生物学规律的统一性,

对生物昼夜节律几十年来爆发性的研究,使生物节律的反馈回路中的各个分子的相互作用,外界环境刺激,如光调控生物节律以及生物节律调控行为生理的神经回路的认识越来越全面。但是,我们仍然难说生物的昼夜节律是个解决的问题。这源自生物本身的复杂性,另一方面随着研究的深入,更多的问题需要回答。是否能继续发现更多的节律基因,不同组织中的时钟如何协调相位,温度补偿与温度同步的看似矛盾。发现越来越多的生物学过程受到节律的影响,那么哪些是节律的直接作用或那些是间接作用?等等问题都将继续困扰我们,并指引未来的方向。

郭超

(本次journal club的slides见附件)

2018-10-26 Journal club PPT

2018-10-26 Journal club 公告

 

10月26日我们将进行本学期第二次Journal club,组织者为郭超,参与人有高灿,赵环。Journal club的总结以及报告内容(slides)会在会后张贴出来。

主题: Circadian Rhythm in Drosophila

内容:
15:00-15:30 郭超: Biological clock and the molecular and neuronal mechanism

15:30-16:00 赵环:Resetting the clock

16:00-16:30 高灿:Circadian regulation of behaviors

2018-09-28 journal club 总结

 

报告部分有待提高的:

  1. 报告准备不够充分,应在报告结尾进行总结展望,并提出有待解决的科学问题;
  2. 报告第二部分SP-SPR signaling内容的介绍应该更偏重于分子方面,比如SP产生的分子调控机制等等;
  3. 报告超时,主题偏大。

讨论中提出的问题:

  1. pC1和pCd神经元为什么对不同刺激有不同的响应?哪个位于更中枢的位置?
  2. dsx-Gal4表达的神经元种类很多,如何挑选出pC1, pCd神经元的?
  3. 雌蝇是否接受雄蝇求偶的因素除了cVA, 求偶歌等,还有哪些其它因素?
  4. 雌蝇在雄蝇求偶过程中的slow down行为异常是否由于某些神经环路的发育缺陷所导致,比如听觉系统?
  5. SP为什么在雌蝇中没有表达?SP是怎么产生的?
  6. SP是否与打斗行为有关?
  7. 雌蝇post-mating行为调控的神经环路是否也投射至pC1,pCd?
  8. 雌蝇打斗行为的机制是什么?

by 彭琼琳

(本次journal club的slides见附件)

2018-9-28-Journal club PPT

2018-09-28 Journal club公告

 

九月二十八日我们将进行本学期第一次Journal club,组织者为彭琼琳老师,参与人有潘玉峰老师,苏祥彬同学。每期Journal club的总结以及报告内容(slides)会在会后张贴出来。

主题:Genetic and neuronal modulation of D. melanogaster female receptivity

内容:15:00-15:30 彭琼琳 Overview, virgin female receptivity

15:30-16:00 苏祥彬 Sex-peptide (SP) signaling in post-mating switch

16:00-16:30 潘玉峰 Neuronal modulation of post-mating behaviors