Los insectos muestran una variedad de comportamientos innatos específicos de la especie comportamientos instintivos. Por ejemplo, una abeja melífera trabajadora que ha encontrado néctar de flores exhibe bailes de 8 formas al regresar a su colmena. Una polilla macho que ha detectado una feromona sexualvuela para buscar una contraparte femenina. Sigue habiendo una serie de preguntas sobre cómo se generan una variedad de comportamientos innatos por las funciones de los circuitos neuronales en el cerebro del insecto.
Para obtener imágenes completas de los circuitos neuronales y sus funciones responsables de los comportamientos innatos, es necesario revelar los circuitos neuronales que se activan cuando se produce un comportamiento innato. También se requiere un método que pueda controlar el comportamiento de los insectos manipulando actividades decircuitos neuronales de manera artificial.
El presente grupo de investigación en la Universidad de Kanazawa ha participado activamente en la investigación sobre las funciones de los circuitos neuronales, centrándose en los genes cuya expresión ocurre de una manera dependiente de la actividad neuronal. Anteriormente, el grupo identificó un gen del factor de transcripción receptor de hormonas 38 Hr38 * 1 que se expresa de manera dependiente de la actividad neuronal en el cerebro del insecto y descubrió que este gen es un marcador útil para las actividades neuronales.
En el presente estudio, el grupo utilizó la mosca de la fruta Drosophila melanogaster , un insecto modelo, para generar una cepa genéticamente modificada que refleje con precisión el patrón de expresión de Hr38 , estableciendo un método que puede visualizar específicamente las neuronas activas etiquetándolas con proteína verde fluorescente GFP * 2.Usando este método, revelaron una imagen completa de los circuitos neuronales de la mosca de la fruta macho en el cerebro y el cordón nervioso ventral * 3 que se activaron cuando una mosca macho interactuó con una hembra.Se sabe que el gen determinante del sexo infructuoso y doblesex determina el sexo de los sistemas neuronales en el cerebro y el cordón nervioso ventral de la mosca de la fruta, y que estos genes son responsables del desarrollo de los circuitos neuronales de tipo masculino y femenino. En el presente estudio, el grupo aplicó su método específicamentea circuitos neuronales que expresan infructuoso o doblesex . Esto reveló circuitos neuronales activos dentro de los circuitos neuronales de tipo masculino durante el comportamiento de cortejo. Como resultado, el grupo descubrió que un grupo neuronal aSP2 estaba activo específicamente cuando una mosca macho interactuaba con una mosca hembra además de los circuitos neuronalesya se sabe que es importante para regular el comportamiento de apareamiento.
Además de la visualización de los circuitos neuronales activados durante un comportamiento, es importante poder manipular la actividad del circuito neural de la manera deseada para revelar las funciones del circuito neural. Por lo tanto, el grupo generó a Drosophila cepa que puede expresar CsChrismon, un canal activado por la luz rodopsina * 4 dependiente de la actividad, en lugar de GFP.A una mosca macho de esta variedad se le permitió experimentar el apareamiento con una mosca hembra;Al día siguiente, después de retirar la mosca hembra, se iluminó solo la mosca macho.La mosca macho, aunque en ausencia de una mosca hembra, mostró una flexión abdominal típica del comportamiento de la cópula.Esto indica que los circuitos neuronales que se activaron durante el apareamiento el día anterior pueden ser reactivados por la luz un día después.
Además, el grupo analizó las funciones del cúmulo neural aSP2 sobre el comportamiento de apareamiento. El análisis detallado del comportamiento de cortejo de las moscas macho cuya actividad neuronal aSP2 fue inhibida reveló que las moscas macho se acercaban a las moscas hembras de manera normal pero mostraban una interrupción frecuente del cortejoComo resultado, la tasa de éxito del apareamiento se redujo mucho. En el cortejo de la mosca de la fruta, el enfoque dinámico persistente de las moscas macho a las hembras, que pueden ser reacias al principio, es importante para la aceptación de las hembras del apareamiento. El resultado actualmuestra que el grupo neuronal aSP2 juega un papel importante en la regulación de la motivación durante el comportamiento de cortejo.
El presente estudio ha establecido por primera vez métodos para visualizar los circuitos neuronales de una manera dependiente de la actividad en los insectos y para manipular su actividad. Estos métodos deberían ser aplicables a la aclaración de los circuitos neuronales y sus funciones en los comportamientos innatos de los insectos.Comprender la base neuronal de los comportamientos innatos de los insectos no solo es importante en la ciencia fundamental, sino que podría contribuir a aplicaciones como la utilización eficiente de insectos beneficiosos como la abeja y el gusano de seda, la eliminación de insectos nocivos, la prevención de epidemias de enfermedades como la malaria,la fiebre del dengue, la fiebre del Zika, etc., mediada por el mosquito. Este estudio identificó el cúmulo neural aSP2 como un circuito neuronal importante para la motivación del comportamiento de un insecto. Se espera que la investigación adicional sobre el mecanismo de cómo el circuito neural aSP2 controla la motivación permitiráaclaración de los mecanismos reguladores fundamentales de los comportamientos innatos en el cerebro del insecto.
Glosario
* 1 receptor de hormonas 38 Hr38 Uno de los receptores nucleares huérfanos de insectos.El presente grupo de investigación identificó este gen que se expresó de manera dependiente de la actividad neuronal en el cerebro del insecto en 2013 y podría usarse como un gen marcador para las actividades neuronales.
* 2 Proteína fluorescente verde La proteína fluorescente verde GFP se descubrió originalmente en medusas emisoras de luz, Aequorea victoria por el Dr. Osamu SHIMOMURA, Premio Nobel de Química en 2008. Cuando se ilumina con luz azul, emite fluorescencia verde. GFP se usa ampliamente en la visualización de células neuronales, por ejemplo.
* 3 Cordón del nervio ventral El cordón del nervio ventral es la región del nervio del insecto que corresponde a la médula espinal de los vertebrados.Existe en el tórax en la mosca de la fruta, que consiste en células neuronales para transmitir información sensorial al cerebro y comandos del cerebro a los músculos.
* 4 Canal de rodopsina El canal de rodopsina es un canal de iones impulsado por la luz que se encuentra originalmente en las algas verdes unicelulares, Chlamydomonas reinhardtii . El canal está regulado para ser abierto / cerrado por la luz, de modo que cuando se expresa en células neurales, es posible regular las actividades neuronales por la luz.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionados por Universidad de Kanazawa . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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