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定向行为在动物中非常普遍,动物利用各种信息作为导航的罗盘。其中利用视觉信息进行方向导航被称为视觉定向。视觉定向是果蝇很多行为的基础,例如觅食和求偶过程中对目标的精确定向都需要视觉信息的参与,然而我们对其机制还没有深入了解。本论文就果蝇视觉定向行为的两个方面进行了研究,第一部分主要是关于视觉边缘定向与颜色通道的关系,第二部分主要是关于视觉选择定向的神经机制。
边缘是物体识别的重要视觉特征,而边缘检测也是视觉系统一个重要而基础的功能。边缘可以由不同的对比产生,例如颜色,亮度等。而对边缘检测的分子和神经机制及其与其它视觉信息处理过程的关系都未完全了解。我们建立了基于RGB三色LED屏的Buridan范式来研究果蝇的边缘检测与颜色对比的关系及其神经机制。实验发现成年野生型果蝇在蓝/绿分界的视觉图形刺激下能够表现出边缘定向。并且在特定的蓝/绿等亮度条件下,野生型果蝇并不能够表现出边缘定向。这说明果蝇朝向边缘的定向行为是依赖于亮度对比的。而突变体ninaE[17]和sevLY3;rh52;rh61的行为学结果说明无色觉的R1-R6感光细胞而非有色觉的R7/R8感光细胞对于边缘定向行为是必要的。此外,过表达Rh4,Rh5和Rh6感光蛋白可以挽回ninaE[17]的边缘定向缺陷。总之,我们的结果表明R1-R6感光细胞对于果蝇的边缘定向是充分必要的。
选择注意任务相关目标是动物在纷繁复杂的视觉环境中得以生存的一个重要机能。以往飞行模拟器中的行为学研究表明果蝇也具有这样的类注意能力,丽我们对这样类注意行为的神经机制并未完全了解。我们建立了一个操作简单、结果可靠的果蝇类注意行为范式,并结合果蝇丰富的遗传学工具来对选择定向的神经机制进行了研究。在基于LED屏的Buridan范式里,我们发现野生型果蝇能够选择定向相对更加显著的闪烁条纹而忽视静止条纹,并且这种选择定向是依赖于闪烁条纹的闪烁频率的。以此为基础,我们运用正向遗传学,即通过行为学方法筛选突变体品系,来得到与该行为相关的突变体。我们对DGRC的200种P因子插入Gal4品系,在此范式中进行了测试筛选,得到了44个与野生型选择定向指数有显著性差异的品系。进一步还检测了其中21个与野生型选择定向指数差异较大的突变品系在只有静止条纹或闪烁条纹的视觉刺激下的定向行为,并根据其行为表型将其分为为10种突变表型。其中一种是我们感兴趣的类注意突变类型。接下来我们找到了这些突变体在数据库中的插入位点并分析其相关基因。此外,我们还用GAL4/UAS系统驱动荧光蛋白报告这些突变体的表达模式,发现一些突变体具有很特异的表达。总之,这些行为突变体有助于我们进一步深入研究果蝇视觉选择定向行为的神经机制。