激素到神经肽途径抑制未成熟雌性果蝇的性接受行为

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性转变 雌性接受性 神经肽 蜕皮激素 果蝇

激素-神经肽通路抑制未成熟果蝇雌性性接受行为的研究

学术背景

性成熟是生物体从幼年期向成年期过渡的关键发育事件，伴随着生理和行为的多重变化。在果蝇（Drosophila）中，雌性个体从无性状态向性成熟过渡的过程尚未完全阐明，特别是激素和神经调节因子在这一过程中的作用机制。尽管已知激素如蜕皮激素（ecdysone）和保幼激素（juvenile hormone, JH）在昆虫发育中起重要作用，但它们如何调控性成熟期间的性行为仍不清楚。此外，神经肽（neuropeptide）在性行为调节中的作用也引发了广泛关注。本研究旨在揭示激素和神经肽如何协调果蝇雌性性成熟期间的性接受行为，特别是蜕皮激素-神经肽亮氨酸激肽（leucokinin, LK）-亮氨酸激肽受体（LKR）通路的作用。

论文来源

本论文由Jie Chen、Peiwen Zhu、Sihui Jin、Zhaokun Zhang、Simei Jiang、Sheng Li、Suning Liu、Qionglin Peng和Yufeng Pan共同撰写，作者来自东南大学生命科学与技术学院、华南师范大学昆虫发育生物学与应用技术研究所等机构。论文于2025年2月21日发表在《PNAS》（Proceedings of the National Academy of Sciences）上，题为《A hormone-to-neuropeptide pathway inhibits sexual receptivity in immature Drosophila females》。

研究流程与结果

1. 研究流程

1.1 确定果蝇雌性性过渡的时间点

研究首先通过观察野生型果蝇雌性（Canton-S和w1118品系）从孵化后6小时到7天的性接受行为，确定了雌性从无性状态向性成熟过渡的时间点。结果显示，雌性在孵化后18小时内几乎不接受雄性求偶，但在18小时后性接受率逐渐增加，并在3天时达到峰值。

1.2 LK神经肽在性过渡期间的作用

通过筛选16个神经传递相关基因突变体，研究发现亮氨酸激肽（LK）突变体雌性在36小时时的性接受率显著高于野生型。进一步通过CRISPR/Cas9技术生成LK基因缺失突变体（δlk1和δlk2），证实了LK在抑制未成熟雌性性接受行为中的特异性作用。

1.3 LK神经元的功能研究

利用LK-Gal4驱动标记LK神经元，并通过温度敏感离子通道dTRPA1激活LK神经元，研究发现激活LK神经元显著抑制了36小时和7天雌性的性接受行为。进一步通过脑特异性Flippase重组酶（otd-flp）限制LK-Gal4表达，发现亚食管区（SEZ）和腹部（ABLK）的LK神经元在抑制性接受行为中起关键作用。

1.4 蜕皮激素对LK神经元的调控

研究通过RNA干扰（RNAi）敲低LK神经元中的蜕皮激素受体（EcR）基因，发现EcR-A和EcR-B1的敲低显著提高了36小时雌性的性接受率。此外，外源性20-羟基蜕皮激素（20E）显著增加了LK神经元的钙信号，表明蜕皮激素通过增强LK神经元活性抑制性接受行为。

1.5 LK通过其受体LKR在PC1神经元中发挥作用

研究通过LKR-Gal4标记LKR表达神经元，并敲低LKR表达，发现LKR敲低显著提高了36小时雌性的性接受率。进一步通过PC1-SS1驱动敲低LKR表达，证实了LK通过LKR在PC1神经元中抑制性接受行为。

2. 主要结果

  • 性过渡时间点：雌性在孵化后18小时内几乎不接受雄性求偶，18小时后性接受率逐渐增加，3天时达到峰值。
  • LK的作用：LK突变体雌性在36小时时的性接受率显著高于野生型，表明LK在性过渡期间特异性抑制性接受行为。
  • LK神经元的功能：激活LK神经元显著抑制了36小时和7天雌性的性接受行为，且这一抑制依赖于LK肽的释放。
  • 蜕皮激素的调控：蜕皮激素通过EcR受体增强LK神经元活性，从而抑制性接受行为。
  • LK-LKR-PC1通路：LK通过其受体LKR在PC1神经元中发挥作用，抑制性接受行为。

3. 结论

本研究揭示了一条激素-神经肽通路（蜕皮激素-LK-LKR），该通路在果蝇雌性性成熟期间特异性抑制性接受行为。这一发现不仅阐明了激素和神经肽在性行为调节中的协同作用，还为理解性成熟的神经机制提供了新的视角。

4. 研究的亮点

  • 重要发现：首次揭示了蜕皮激素-LK-LKR通路在果蝇雌性性成熟期间的抑制作用。
  • 方法创新：利用CRISPR/Cas9技术生成LK和LKR基因缺失突变体，并结合光遗传学和钙成像技术研究了神经元的活性调控。
  • 科学价值：为性成熟的神经机制研究提供了新的理论框架，并为昆虫性行为的调控提供了潜在的应用价值。

5. 其他有价值的信息

本研究还发现，LK神经元不仅参与性接受行为的调控，还可能在其他行为（如摄食和睡眠）中发挥多重功能。这一发现为进一步研究LK的多功能性提供了方向。

总结

本研究通过系统的实验设计和先进的技术手段，揭示了蜕皮激素-LK-LKR通路在果蝇雌性性成熟期间的抑制作用。这一发现不仅深化了我们对性成熟神经机制的理解，还为昆虫性行为的调控提供了新的研究思路。