PNAS：东南大学潘玉峰团队揭示本能性行为与攻击行为的两性差异

行为的两性差异是基因决定的吗？对于人类或者其他高级生物来说，找到决定某些行为的两性差异的单基因可能很难，但在模式生物果蝇中却是可能的。比如，fruitless（fru）基因编码了雄性特异的蛋白FruM，很大程度上决定了雄性果蝇求偶行为的产生【1, 2】。但是，FruM蛋白仅在部分昆虫中存在，并未在高等动物中发现。是否存在更为保守的遗传机制决定了两性行为的差异？

doublesex (dsx) 是一个高度保守的性别调控基因，其与同源的Dmrt基因均编码包含保守的DNA结合域的转录因子，决定了几乎所有已有研究物种的性别分化【3, 4】。在昆虫中，dsx基因在两性中编码性别特异的蛋白（雄性中为DsxM，雌性中为DsxF），直接决定了性别的分化。在一个性别中表达另一个性别的Dsx蛋白可以使果蝇变性。在哺乳动物中，Dmrt1决定了性腺的性别分化，进而通过性腺表达性别特异的性激素调控两性分化。这样一个高度保守的基因是否也在神经系统中发挥功能调控行为的两性差异呢？

2022年9月6日，东南大学生科院潘玉峰教授在PNAS杂志上发表研究论文 The doublesex gene regulates dimorphic sexual and aggressive behaviors in Drosophila ，揭示了dsx基因如何控制果蝇的本能性行为与攻击行为的两性差异。

针对性行为的两性差异，即雄性主动表演求偶仪式，雌性评估求偶质量之后决定接受或是拒绝雄性，该研究发现，两种截然不同的性行为均由表达在果蝇脑中的几百个Dsx神经元控制（大部分也表达FruM），DsxM在雄蝇脑中促进其发挥求偶行为的功能，而DsxF主要通过介导部分求偶神经元的凋亡进而抑制雄性行为在雌性中的产生。DsxF是否直接促进雌性接受行为还不清楚。

针对攻击行为的两性差异，即雄性的攻击性较雌性强，该研究发现，DsxM和DsxF分别促进了8-10对雄性特异的P1a神经元和2对雌性特异的pC1d神经元的发育，搭建了两性攻击行为的神经环路基础；出乎意料的是，在成蝇阶段，DsxM促进了P1a神经元发挥调控攻击的的生理功能，而DsxF抑制了pC1d神经元发挥调控攻击的的生理功能，从而使得雄性更为好斗（图1）。实验中，DsxF敲低的雌性会“痛打”DsxM敲低的雄性果蝇。

图1：DsxM和DsxF均促进了两性打斗行为核心神经环路的构建，但相反的调控了其生理功能，进而分别促进和抑制打斗行为的输出。

这些发现不仅揭示了一个单基因如何调控果蝇性行为和攻击行为的两性差异，深化了对本能行为两性差异的分子与神经环路机制的理解；同时也提示高度保守的Dmrt蛋白可能在两个层次上调控动物行为的两性差异：（1）在发育过程中直接或间接地调控了性别特异的神经环路的发育，构建了两性行为差异的结构基础；（2）在行为过程中调控了其表达的神经环路的生理功能，进而调节相应行为的输出强弱。这些发现也进一步深化了对于人类行为调控的organizational-activational hypothesis理解【5】。

该研究的第一作者是东南大学生科院博士生韩彩虹和讲师彭琼琳博士，通讯作者为潘玉峰教授。

原文链接：

https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2201513119

参考文献

1. L. C. Ryner et al., Control of male sexual behavior and sexual orientation in Drosophila by the fruitless gene. Cell 87, 1079-1089 (1996).

2. Y. Pan, B. S. Baker, Genetic identification and separation of innate and experience-dependent courtship behaviors in Drosophila. Cell 156, 236-248 (2014).

3. A. Kopp, Dmrt genes in the development and evolution of sexual dimorphism. Trends Genet 28, 175-184 (2012).

4. K. C. Burtis, B. S. Baker, Drosophila doublesex gene controls somatic sexual differentiation by producing alternatively spliced mRNAs encoding related sex-specific polypeptides. Cell 56, 997-1010 (1989).

5. A. P. Arnold, The organizational-activational hypothesis as the foundation for a unified theory of sexual differentiation of all mammalian tissues. Hormones and Behavior 55, 570-578 (2009).