电击抑制黑腹果蝇气味趋避行为的神经机制研究

摘要

动物对某些外界刺激会表现出特定的先天性应答行为。然而在自然界中它们所处的生态环境千变万化，根据不同环境来调整其先天行为对于果蝇的成功繁衍生息具有决定性的作用。这种适应性行为也被称为上下文依赖性行为(context dependent behavior)。对其进行神经和分子机制的研究是现代神经科学的热点之一。
　　本研究采用果蝇为模式生物，以电击为上下文研究气味的趋避行为。虽然电击刺激对果蝇在自然生态环境之下的生存并不重要，但是由于电击的给予比较容易实现和控制，电击已经被广泛地应用在动物行为学研究当中，是被研究得最多的一种外界刺激之一。果蝇经典厌恶性嗅觉学习记忆的研究成果极大地增加了我们对嗅觉与电击信号的神经环路及分子机制的了解。目前尚缺乏针对以电击为上下文的气味趋避行为的研究。本论文主要以行为学和分子遗传学作为研究手段，探索电击抑制气味趋避行为的神经环路和分子机制。具体开展了以下三方面工作：
　　1.建立了电击抑制果蝇气味趋避行为的一种行为学研究范式。本研究采用Tully范式的T型迷宫，以电击为背景信号，观测果蝇对3-辛醇(OCT)气味的规避行为。研究结果发现背景电击信号可以抑制果蝇对OCT的规避反应，且抑制作用随着电压强度升高而增强。由于我们所用的电击强度和气味浓度与标准嗅觉记忆范式所用的是一样的，果蝇在该条件下尚能习得相当强的嗅觉记忆，所以果蝇不太可能丧失了对气味的注意力，电击可能是通过减弱 OCT气味的厌恶性价值来抑制对气味规避。我们的行为学分析结果与这一假说相吻合。
　　2.神经环路的解析。本研究使用Gal4/UAS二元表达系统将温度敏感型shibirets细胞型特异性地表达在蘑菇体神经元中，并在进行行为学分析之前通过升高温度阻断其神经递质的正常释放，结果发现电击丧失了对气味规避行为的抑制作用。可见电击对气味厌恶性价值的抑制是经由蘑菇体介导的。在厌恶性嗅觉学习过程中，电击(US)和气味(CS)的同时呈现使得 CS气味获得了US的厌恶性价值，从而在随后对该气味(conditioned odor)的规避行为测试中果蝇表现出比训练前更高的规避指数。嗅觉记忆（即增强的规避指数）的提取也同样需要蘑菇体的神经输出。有意思的是，我们的数据表明电击不能够抑制条件化气味的习得规避行为。这说明蘑菇体内介导电击抑制气味规避的神经环路和经典嗅觉记忆的神经环路是相互独立、平行的。而且蘑菇体的下游存在着一个待发现的抑制环路，特异性地抑制果蝇对气味的先天规避行为，很有可能是通过抑制LH通路实现的。
　　3.遗传分析。除了本论文所研究的电击抑制行为以外，蘑菇体对于学习记忆和注意力都很重要。但是在分子水平上是否共享重要的调控基因尚缺乏系统研究。本论文遴选了一系列重要的学习记忆和注意力相关的突变体进行行为学分析。结果发现上述基因都不能调控电击抑制气味的规避行为。其中 dunce和rutabaga被认为是调控果蝇类注意力行为的重要基因。这一阴性结果建议电击不是通过对果蝇注意力的干扰来抑制气味的规避行为，从支持了我们在第一部分的假说：电击通过减弱气味的厌恶性价值来抑制对气味的规避。

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第1章 绪 论

1.1 果蝇作为模式生物的优势

1.2 果蝇对气味的应答行为

1.3 果蝇蘑菇体的结构及其功能

1.4 本论文拟开展的工作

第2章 电击抑制果蝇对气味的趋避行为

2.1 引言

2.2 实验部分

2.3 实验结果和讨论

2.4 小结

第3章 蘑菇体介导电击对气味趋避行为的抑制

3.1 引言

3.2 实验部分

3.3 实验结果和讨论

3.4 小结

第4章 电击抑制气味趋避行为的突变体筛选

4.1 前言

4.2 实验部分

4.3 实验结果和讨论

4.4 小结

结论

参考文献

附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录

致谢