2022年9月6日，東南大學(xué)生科院潘玉峰教授在美國(guó)科學(xué)院院刊PNAS雜志上發(fā)表研究論文“The doublesex gene regulates dimorphic sexual and aggressive behaviors in Drosophila”，報(bào)道了doublesex (dsx)如何控制果蠅的本能性行為與攻擊行為的兩性差異。

 潘玉峰教授及其他實(shí)驗(yàn)室的以往研究發(fā)現(xiàn)，fruitless (fru)基因編碼了雄性特異的蛋白Fru^M,很大程度上決定了雄性果蠅求偶行為的產(chǎn)生。但是，Fru^M蛋白僅在部分昆蟲中存在，并未在高等動(dòng)物中發(fā)現(xiàn)。是否存在更為保守的遺傳機(jī)制決定了兩性行為的差異？doublesex (dsx)就是這樣一個(gè)高度保守的性別調(diào)控基因，其與同源的Dmrt基因均編碼包含保守的DNA結(jié)合域的轉(zhuǎn)錄因子，決定了幾乎所有已有研究物種的性別分化。在昆蟲中，dsx基因在兩性中編碼性別特異的蛋白（雄性中為Dsx^M，雌性中為Dsx^F），直接決定了性別的分化。在一個(gè)性別中表達(dá)另一個(gè)性別的Dsx蛋白可以使果蠅變性。在哺乳動(dòng)物中，Dmrt1決定了性腺的性別分化，進(jìn)而通過(guò)性腺表達(dá)性別特異的性激素調(diào)控兩性分化。

 該研究發(fā)現(xiàn)，這樣一個(gè)高度保守的基因在神經(jīng)系統(tǒng)中調(diào)控果蠅本能行為的兩性差異（圖1）。針對(duì)性行為的兩性差異，即雄性主動(dòng)表演求偶儀式，雌性評(píng)估求偶質(zhì)量之后決定接受或是拒絕雄性，該研究發(fā)現(xiàn)，兩種截然不同的性行為均由表達(dá)在果蠅腦中的幾百個(gè)Dsx神經(jīng)元控制（大部分也表達(dá)Fru^M），Dsx^M在雄蠅腦中促進(jìn)其發(fā)揮求偶行為的功能，而Dsx^F主要通過(guò)介導(dǎo)部分求偶神經(jīng)元的凋亡進(jìn)而抑制雄性行為在雌性中的產(chǎn)生。Dsx^F是否直接促進(jìn)雌性接受行為還不清楚。針對(duì)攻擊行為的兩性差異，即雄性的攻擊性較雌性強(qiáng)，該研究發(fā)現(xiàn)，Dsx^M和Dsx^F分別促進(jìn)了8-10對(duì)雄性特異的P1^a神經(jīng)元和2對(duì)雌性特異的pC1d神經(jīng)元的發(fā)育，搭建了兩性攻擊行為的神經(jīng)環(huán)路基礎(chǔ)；出乎意料的是，在成蠅階段，Dsx^M促進(jìn)了P1^a神經(jīng)元發(fā)揮調(diào)控攻擊的的生理功能，而Dsx^F抑制了pC1d神經(jīng)元發(fā)揮調(diào)控攻擊的的生理功能，從而使得雄性更為好斗。

圖1：雄性特異的Dsx^M和雌性特異Dsx^F蛋白的表達(dá)及其對(duì)兩性不同攻擊行為的調(diào)控。

 這些發(fā)現(xiàn)不僅揭示了一個(gè)單基因如何調(diào)控果蠅性行為和攻擊行為的兩性差異，同時(shí)也提示高度保守的Dmrt蛋白可能在兩個(gè)層次上調(diào)控動(dòng)物行為的兩性差異：（1）在發(fā)育過(guò)程中直接或間接地調(diào)控了性別特異的神經(jīng)環(huán)路的發(fā)育，構(gòu)建了兩性行為差異的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)；（2）在行為過(guò)程中調(diào)控了其表達(dá)的神經(jīng)環(huán)路的生理功能，進(jìn)而調(diào)節(jié)相應(yīng)行為的輸出強(qiáng)弱。這些發(fā)現(xiàn)也進(jìn)一步深化了對(duì)于人類行為調(diào)控的organizational-activational hypothesis理解。

 該研究的第一作者是東南大學(xué)生科院博士生韓彩虹和講師彭瓊琳博士，通訊作者為潘玉峰教授。該項(xiàng)目受到科技部重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃和國(guó)家自然科學(xué)基金委等項(xiàng)目資助。