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Nature Communications: 肠道微生物调控果蝇攻击行为的机制

发布者:许峰发布时间:2021-05-13浏览次数:13


动物行为是一个系统而复杂的机体活动,不但与遗传和环境因素有关,也深受肠道的共生微生物的影响[1]。共生微生物不仅影响了宿主的代谢和免疫活动,还深刻地影响着宿主的行为,包括焦虑、认知和社会活动等[2]。攻击行为是动物个体之间为争夺资源而发生打斗的一种高级社会行为,广泛地存在于各类动物中,包括模式动物果蝇[3, 4]。攻击行为使得优胜者获得控制重要资源的权利,包括食物、领域和配偶等,而失败者则丧失公平分享资源的机会,即“胜者为王,败者为寇”。研究模式动物的攻击行为有助于理解这一高级社会行为产生以及调控的机理。目前,在模式动物小鼠和果蝇中,调控攻击行为的神经环路机制已经得到较为深刻的研究,但是共生微生物是否影响以及如何影响宿主的攻击行为仍然未知。

2021511日,澳门网上赌搏平台澳门网上赌搏平台与技术学院潘玉峰课题组与山西医科大学汾阳学院刘威课题组在Nature Communications上合作发表题为Gut Microbiome Modulates Drosophila Aggression through Octopamine Signaling的研究论文[5], 报道了共生微生物调控果蝇攻击行为的机制。

研究发现,相比于常规饲养果蝇,无菌果蝇的多种本能行为包括运动能力、睡眠、求偶行为并无异常,然而,无菌果蝇的攻击行为显著减少,这包括打斗频率的降低和打斗潜伏期的延长。研究进一步发现,在果蝇饲养食物中补充特定的细菌,可以有效地挽回经过经过无菌处理的果蝇的攻击行为。有趣的是,共生微生物促进宿主果蝇的攻击行为还需要保证充足的食物营养;在营养匮乏的情况下,共生微生物并不能促进宿主果蝇的攻击行为。同时,共生微生物与食物营养对果蝇攻击行为的促进存在一个关键发育期,即在果蝇幼虫取食的主要阶段(二龄和三龄幼虫)。这些研究结果揭示了发育早期的营养信号以及共生微生物协同促进了成年果蝇的攻击行为。

章鱼胺(Octopamine)是一类已报道促进果蝇攻击行为的神经递质[6]。研究发现,共生微生物与食物营养协同促进了三龄幼虫以及成蝇脑内章鱼胺的表达水平,进而促进了成年果蝇的攻击行为。值得一提的是,尽管无菌果蝇的求偶行为正常,当一只无菌雄性果蝇与正常饲养的雄性果蝇竞争性向雌蝇求偶时,无菌果蝇的交配成功率显著降低。由于果蝇长期以腐烂的水果(存在大量微生物)为食,幼虫也生长在这些食物上,其交配行为往往也是聚集在食物上,该研究针对食物营养与微生物在发育阶段协同促进神经递质章鱼胺的表达,以促进攻击行为而增强繁殖优势的发现,也在进化上深化了对于共生微生物介导宿主攻击行为的理解。

果蝇与微生物的共生促进其攻击行为。


综上,该研究成果发现共生微生物与营养信号协同调控宿主攻击行为的机制,极大地丰富了我们对微生物调控宿主高级社会行为的认知,也为将来利用肠道菌群调节社交行为异常提供了新的理论基础。该项目获得科技部重点研发计划、国家自然科学基金等项目资助。


原文链接:https://www.nature.com/articles/s41467-021-23041-y


参考文献:

1.Lynch, J.B. and E.Y. Hsiao, Microbiomes as sources of emergent host phenotypes. Science, 2019. 365(6460): p. 1405-1409.

2.Morais, L.H., H.L.t. Schreiber, and S.K. Mazmanian, The gut microbiota-brain axis in behaviour and brain disorders. Nat Rev Microbiol, 2021. 19(4): p. 241-255.

3.Anderson, C.A. and B.J. Bushman, Human aggression. Annu Rev Psychol, 2002. 53: p. 27-51.

4.Hoopfer, E.D., Neural control of aggression in Drosophila. Curr Opin Neurobiol, 2016. 38: p. 109-18.

5.Jia, Y., S. Jin, K. Hu, L. Geng, C. Han, R. Kang, Y. Pang, E. Ling, E. Tan, Y. Pan, and W. Liu, Gut microbiome modulates Drosophila aggression through octopamine signaling. Nature Communications, 2021. 12(2698).

6.Zhou, C., Y. Rao, and Y. Rao, A subset of octopaminergic neurons are important for Drosophila aggression. Nat Neurosci, 2008. 11(9): p. 1059-67.