Neuronal circuit for sugar searching behavior in Drosophila

2021 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 18K06335
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: 谷村 禎一 名古屋大学, 理学研究科, 招へい教員 (20142010)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: ショウジョウバエ / 探索行動 / 摂食行動 / 行動遺伝

Outline of Annual Research Achievements

昆虫の位置情報認識の神経機構を理解するために、ショウジョウバエの糖探索行動を制御する神経回路を同定が本研究課題の目標である。空腹のショウジョウバエは、少量の糖溶液を摂取してなお空腹であると、糖溶液があった場所の周囲を歩行探索しつつ、時折、糖溶液が最初にあった場所に戻ってくる一連の探索行動を1分間ほど行う(Murata et al., 2017)。この行動はハエが満腹時には起こらなく、さらなる糖溶液を求めて起こる定型的行動である。行動の重要な要素はハエが平面上の自分の位置と糖溶液があった位置を認識できることである。この行動に視覚、味覚、嗅覚などの感覚情報が関与しているのかを調べてこれらの感覚情報の関与はないと考えられた。昨年度はGal4/UAS法を用いて、脳内の特定のニューロン群を光学的あるいは熱的刺激により神経興奮させて、糖探索行動への影響を調べる実験計画書に書いたアプローチを検討した。まず、光刺激がハエの糖探索行動に影響がないことを確認した。次に、UAS-channel rhodopsin(ChR) を用いて光刺激により特定のニューロンを活性化した。その結果、活性化によって探索行動が阻害された場合に、それが別の行動プログラムの駆動によって引き起こされる可能性を除外できないことが懸念された。そこで次年度に神経活動の不活性化による方法を用いる戦略に修正した。Halorhodopsin (NpHR)は光刺激により作動するchloride pumpで神経活動を不活性化できるUAS-NpHRを用いる実験を継続した。糖探索行動のどの時点で光刺激を与えるかを検討し、糖があった原点 の場所から一定の距離を離れて停止している時点で光刺激を与えて、その後、原点に戻ることができるかを異なる種々のGal4系統を用いて検討した。その結果、 原点への復帰ができなくなる系統を選び出すことができた。

Current Status of Research Progress

4: Progress in research has been delayed.

Reason

初年度及び次年度は実験を行うことができたが、その後の２年間は新型コロナの度重なる感染拡大のため、実験を行うための国内外の移動をほとんど行うことができなかった。しかし、本研究課題を遂行するための準備はできているので、最終年度に解析をさらに進めることにより、糖探索行動に関与する神経回路の同定を目指す。

Strategy for Future Research Activity

前年度の成果に基づき実験計画の行動実験を行った。これまでのショウジョウバエ以外の昆虫を用いた研究によって、脳内の中心複合体が昆虫の運動を制御するセンターであると考えられている。中心複合体のどの神経群がどのように糖探索行動に関わっているかを解明するために、ショウジョウバエにおいて遺伝的手法Gal4/UAS法を 用いている。当初2年の研究により実験条件が整った。さらにGal4をスクリーニングして選び、神経活動を不活性化するUAS系統が決まったので、これらの系統を 用いて特定のニューロンを不活性化によって行動のどのパラメータに影響がでるのかを解析する。さらに糖探索行動に関わるニューロンを同定するために別の Gal4を用いる計画である。

Causes of Carryover

新型コロナウイルスの度重なる感染拡大によって、共同研究を実施するための海外出張ができなかったため。