昆蟲展示了各種特定物種的天生行為(本能行為)。例如，已經(jīng)找到花蜜的工蜂在返回其蜂箱時呈現(xiàn)出8形擺動的舞蹈。已經(jīng)檢測到性信息素的雄性蛾飛來尋找雌性對應(yīng)物。關(guān)于昆蟲大腦中神經(jīng)回路的功能如何產(chǎn)生各種先天行為仍然存在許多問題。

為了獲得神經(jīng)回路的完整圖片及其對先天行為負(fù)責(zé)的功能，有必要揭示在發(fā)生先天行為時被激活的神經(jīng)回路。還需要一種能夠通過以人工方式操縱神經(jīng)回路的活動來控制昆蟲行為的方法。

金澤大學(xué)目前的研究小組一直積極參與神經(jīng)回路功能的研究，重點研究表達(dá)以神經(jīng)活動依賴方式發(fā)生的基因。此前，該小組鑒定了轉(zhuǎn)錄因子基因激素受體38(Hr38)* 1)，其在昆蟲腦中以神經(jīng)活動依賴性方式表達(dá)，并發(fā)現(xiàn)該基因是神經(jīng)活動的有用標(biāo)記物。

在本研究中，該小組使用果蠅(Drosophila melanogaster)，一種模型昆蟲，產(chǎn)生一種精確反映Hr38表達(dá)模式的轉(zhuǎn)基因菌株，建立一種方法，通過用綠色熒光標(biāo)記它們可以特異性地顯示活躍的神經(jīng)元。蛋白質(zhì)(GFP)* 2)。使用這種方法，他們揭示了雄性果蠅在大腦和腹神經(jīng)索中的神經(jīng)回路的完整圖片* 3)當(dāng)雄性蒼蠅與雌性蒼蠅相互作用時被激活。已知的是，在性別決定基因徒勞和doublesex確定果蠅的大腦和腹神經(jīng)索中的神經(jīng)系統(tǒng)的性別，并且這些基因負(fù)責(zé)雄性和雌性神經(jīng)回路的發(fā)育。在本研究中，該小組專門將他們的方法應(yīng)用于表達(dá)無效或雙重的神經(jīng)回路。這揭示了在求偶行為期間雄性神經(jīng)回路內(nèi)的主動神經(jīng)回路。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，除了已知在調(diào)節(jié)交配行為中重要的神經(jīng)回路之外，該組還發(fā)現(xiàn)神經(jīng)叢aSP2特別是當(dāng)雄性蠅與雌性蠅相互作用時。

除了在行為期間激活的神經(jīng)回路的可視化之外，重要的是能夠以期望的方式操縱神經(jīng)回路活動以揭示神經(jīng)回路功能。因此，該組產(chǎn)生了一種果蠅品系，它可以活性依賴性地表達(dá)CsChrismon，一種光活化通道視紫紅質(zhì)* 4)，代替GFP。允許該株的雄蠅與雌蠅交配;第二天，在除去雌蠅后，單獨的雄蠅被照亮。雄性蠅雖然沒有任何雌性蠅，但顯示出交配行為的典型腹部彎曲。這表明在前一天交配期間激活的神經(jīng)回路可以在一天后通過光重新激活。

此外，該小組分析了神經(jīng)簇aSP2對交配行為的作用。對aSP2神經(jīng)活動受到抑制的雄性蠅的求偶行為的詳細(xì)分析表明，雄性果蠅以正常方式接近雌性果蠅但經(jīng)常中斷求愛;結(jié)果，交配成功率大大降低。在果蠅的求愛中，雄性果蠅對雌性的持續(xù)動態(tài)接近，一開始可能不情愿，對于雌性接受交配很重要。目前的結(jié)果表明，神經(jīng)簇aSP2在求偶行為中的動機調(diào)節(jié)中起著重要作用。

本研究首次建立了以昆蟲活動依賴方式觀察神經(jīng)回路并操縱其活動的方法。這些方法應(yīng)適用于神經(jīng)回路的闡明及其在昆蟲先天行為中的作用。了解昆蟲先天行為的神經(jīng)基礎(chǔ)不僅在基礎(chǔ)科學(xué)中具有重要意義，而且有助于有效利用蜜蜂和蠶等有益昆蟲，擺脫有害昆蟲，預(yù)防瘧疾等疾病的流行，登革熱，寨卡熱等由蚊子介導(dǎo)。該研究將神經(jīng)簇aSP2確定為昆蟲行為動機的重要神經(jīng)回路。