整合基因調控網絡有助於深入理解動物行為

2020-08-28 科技工作者之家


論文作者、伊利諾伊大學科學家Saurabh Sinha

多年來，科學家們認為動物的行為受神經細胞及其神經元迴路的協調活動控制。然而，研究人員正在通過整合基因調控來增進人們對動物行為的理解。

美國伊利諾伊大學基因組生物學研究所主任、計算機科學教授Saurabh Sinha說：「伊大香檳分校的昆蟲學教授Gene Robinson的一項研究表明，真社會性昆蟲的調控基因組似乎與非社會性昆蟲有所不同，其複雜的社會行為具有某種我們沒有預料到的進化信號。我們在《美國國家科學院院刊》發表了新觀點，該觀點的出發點是，神經網絡是理解與行為相關的大腦活動的事實標準。我們的目標是強調伴隨行為的另一層次的動態情況，而不僅僅是神經網絡的動態本身。」

研究人員綜合了目前關於基因調控網絡（基因間調控作用的集合）在動物行為和神經網絡背景下的作用證據。行為相關基因調控網絡影響了與動物某種行為相關的基因表達變化，發育相關基因調控網絡影響著新細胞的發育及其在腦內的連接。跨多個尺度的神經網絡、行為相關基因調控網絡和發育相關基因調控網絡的整合有助於理解這些網絡如何協同調控動物行為。

「我們的第一個目標是簡單地強調基因調控網絡在行為環境中的重要性，然後推測其與神經網絡相互作用的方式。」Sinha說，「基因調控網絡通過控制蛋白或肽的表達來調節神經元的神經活性，是神經網絡與基因調控網絡之間相互作用的實例之一。」

通過對這些網絡的實驗映射，可以將基因表達的變化與不同細胞類型的行為相對應，新興技術有望在這些嘗試中發揮關鍵作用。

「檢測大腦中的基因表達，存在極高的異質性，因為大腦中有很多細胞類型。」Sinha說，「單細胞技術的騰飛意味著我們可以獲得關於大腦中基因調控網絡的理想解析，進而推動特定細胞類型的基因調控網絡中、神經網絡與信號傳輸相互作用的研究。」

該成果還涉及了環境因素和社會行為對基因調控網絡的影響，及對神經網絡的功能和行為的調節作用。Sinha說：「環境可以誘導表觀遺傳和更持久的變化，然後導致基因調控網絡發生改變。通過神經網絡及基因調控網絡來觀察大腦功能，讓我們能夠以一種可信的方式引入環境因素。就社會行為而言，真社會性蜜蜂的基因調控網絡很可能存在差異，這是一個有趣的、值得深入研究的課題，即社會行為的基因調控網絡具有一些獨特的特徵。」

隨著技術的不斷發展，未來對行為相關的基因調控網絡的分析，在各種行為背景下對行為相關、發育相關的基因調控網絡及神經網絡之間的交互分析，都將有助於加深人們對動物行為的理解。

科界原創

編譯：燈絲

審稿：alone

責編：雷鑫宇

期刊來源：《美國國家科學院院刊》

期刊編號：0027-8424

原文連結：

https://www.eurekalert.org/pub_releases/2020-08/crwi-iog080720.php

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