交配行为是动物界广泛存在的行为，是一切有性生殖动物繁衍后代的基础。雌性接受雄性的追求进而成功交配是物种成功繁衍并且得以演化的重要前提，雌性对雄性的接受水平也是衡量雌性交配意愿的重要指标。在果蝇中，雌蝇对雄蝇求偶的接受水平不仅受外界刺激的影响，也由内在生理状态的调节，帮助雌蝇在面对雄蝇求爱时作出接受与否的决定。虽然以往的研究对于雌蝇如何整合来自雄蝇的外激素刺激和求偶歌刺激有一定的了解，但内部的生理状态对雌蝇交配行为的影响仍有待探究。
Neuroscience Bulletin在2022年第11期以封面文章发表了来自中国科学院动物研究所农业虫害鼠害综合治理研究国家重点实验室周传研究员、吴凤明博士研究组题为“Serotonin Signaling Modulates Sexual Receptivity of Virgin Female Drosophila”的研究论文。该研究首次在黑腹果蝇中证实了5-羟色胺（5-HT/ serotonin）信号通路参与调节雌性果蝇的初次交配行为，并且揭示了后侧原脑区（posterior lateral protocerebrum，PLP）一簇5-羟色胺亚型神经元在调节雌性交配行为中发挥重要作用。
根据动物体内所有神经递质、神经肽和受体在神经系统中形成一整套连接的化学连接组概念（chemoconnectome, CCT）[1]，研究人员对化学连接CCT的突变体果蝇进行大规模的行为学检测，筛选出参与合成5-羟色胺的酶Trh基因突变后，雌蝇对雄蝇的接受水平大大下降，但运动性和交配后行为不受影响。另外，用光遗传学激活5-羟色胺神经元会促进雌蝇接受雄蝇求偶，失活5-羟色胺神经元与Trh突变体表型一致，抑制雌蝇的交配水平。
已有研究表明，fruitless和doublesex调控性别特异的神经元的发育，围绕表达fruitless/doublesex的神经元如何控制交配行为一直是国际上的研究热点。5-羟色胺神经元数量多、分布广，进一步筛选调节雌性接受水平的关键脑区发现，利用遗传交叉标记技术（genetic intersection）激活后侧原脑（posterior lateral protocerebrum，PLP）区表达fru的5-羟色胺神经元能促进雌蝇接受交配，而失活Trh fru阳性神经元结果则完全相反。用TRIC技术监测未交配雌蝇和交配后雌蝇PLP区神经元的活动也证实，5-HT-PLP神经元在未交配雌蝇大脑中的活动水平高于交配后的雌蝇的活动水平。5-羟色胺受体方面，5-HT1A受体和5-HT7受体在调节雌蝇对雄蝇的接受水平中发挥重要作用。
图 5-羟色胺信号在黑腹果蝇中参与调控处女雌蝇的交配行为。（上）筛选影响雌蝇对雄蝇接受水平的关键基因。（中）5-羟色胺信号调节雌蝇的初次交配行为，不影响交配后行为。（下）遗传交叉标记法确定5-羟色胺神经元控制雌性交配行为的关键脑区PLP。
综上所述，该研究利用分子生物学、药理学、行为学、光遗传学、光学成像和遗传交叉标记等技术手段，证实了5-羟色胺信号在黑腹果蝇中参与调控雌性的交配行为。在分子水平上，参与合成5-羟色胺的酶Trh突变后，阻碍5-羟色胺的合成，从而导致雌性对雄性的接受水平严重降低。同时，确定了5-羟色胺神经元控制雌性交配行为的关键脑区PLP，并发现5-羟色胺调控雌蝇的初次交配行为与fru神经元有关，与dsx神经元无关。该研究有助于理解内在状态如何影响神经环路的兴奋性来调节行为，同时为5-羟色胺影响雌性性行为的神经机制提供了新的实验证据。
Ma B, Wang R, Liu Y, Deng B, Wang T, Wu F, et al. Serotonin signaling modulates sexual receptivity of virgin female Drosophila. Neurosci Bull 2022, 38: 1277–1291.
https://link.springer.com/article/10.1007/s12264-022-00908-8
参考文献
[1] Deng B, Li Q, Liu X, Cao Y, Li B, Qian Y, et al. Chemoconnectomics: Mapping chemical transmission in Drosophila. Neuron 2019, 101:876–893.e4.
