果蝇（Drosophila）求偶行为的分化导致生殖隔离及物种形成。果蝇求偶行为多样性丰富,大多数雄果蝇攀爬前求偶（pre-mounting courtship）,通过振翅产生雌蝇所偏好的物种特异性求偶歌,在配偶识别中起重要作用。在山果蝇物种团（montium species-group）中,攀爬前求偶在某些物种中呈现不同程度的丢失,而攀爬后求偶（post-mounting courtship）却普遍存在,显示出该物种团求偶行为的多样性及特殊性。为了解析山果蝇物种团求偶行为和求偶歌的进化及其机制,本文对该物种团42个物种的求偶行为和求偶歌进行了详尽研究,阐明了山果蝇物种团的求偶行为及求偶歌的多样性及其进化规律;进而以攀爬前求偶行为逐渐丢失的D.serrata为代表物种,研究该一妻多夫（polyandry）物种在不同求偶阶段的求偶行为和求偶歌产生规律;并对雄蝇攀爬前振翅两种表现型进行了18代的品系筛选,揭示了这两种表现型的遗传基础;对所筛选到的两个品系进行转录组比较,筛选出这两种表现型差异表达基因。本文获得的主要研究结果如下:1.山果蝇物种团求偶行为多样性及攀爬前/后求偶振翅行为的丢失（loss）/获得（gain）:通过对1594个求偶视频进行详尽分析,发现振翅是该物种团最为主要的求偶行为,所研究42个物种的雄蝇均发生攀爬后求偶,其振翅发生率(incidence of wing vibration in the post-mounting,Ipost)为1;攀爬前求偶则产生了丰富的多样性,根据振翅发生率(incidence of wing vibration in the pre-mounting,Ipre)高低,可将攀爬前求偶分为三种类型:a)攀爬前振翅高度保留:4个物种较高程度地保留了攀爬前振翅,发生率为0.89≤Ipre≤1;b)攀爬前振翅逐渐丢失:26个物种呈现不同程度的攀爬前振翅丢失,发生率为0.03≤Ipre≤0.75;c)攀爬前振翅完全丢失:12个物种完全丢失了攀爬前振翅,发生率Ipre=0.00。基于振翅发生率的求偶行为祖先状态重建（Ancestral state reconstruction）分析结果揭示,攀爬前求偶行为在山果蝇物种团中经历了丢失/再次获得的进化历程,而攀爬后求偶行为在该物种团的共同祖先物种获得后,便一直存在于该物种团的所有物种中。2.山果蝇物种团求偶歌多样性及求偶歌类型之间的转化:通过音频与视频的同步录制,分别获得音频信号达可分析要求的116对攀爬前求偶对和343对攀爬后求偶对所产生的求偶歌。根据波形图可将求偶歌分为三种类型:脉冲歌（pulse song,P型歌）、脉冲高重复歌（high pulse repetition song,HPR型歌）和正弦歌（sine song,S型歌）。其中P型歌和S型歌普遍存在于果蝇属的物种中,而HPR型则少有报道。基于求偶歌各参数显著性差异分析结果,判断同一物种攀爬前和攀爬后产生的求偶歌的异同。结果显示,除了5个物种因攀爬前和攀爬后振翅过于轻微或者只是挥动翅膀致使音频信号太弱而未能达到分析的要求外,在所研究的物种中,有24个物种仅产生一种类型的求偶歌,13个物种产生两种类型的求偶歌。在攀爬前求偶中,P型歌,HPR型歌和S型歌的发生比例分别为51.6%,22.6%和25.8%,以P型歌最多;在攀爬后求偶中,P型歌,HPR型歌和S型歌的发生比例分别为28.6%,38.1%和33.3%,以HPR型歌最多。基于求偶歌类型的祖先状态重建结果显示,攀爬前山果蝇物种团共同祖先物种求偶歌为P型歌,在进化中经历了P型歌的频繁丢失和重获,HPR型歌和S型歌的获得或由P型歌转化而来;而攀爬后则以三种类型求偶歌的相互转化为主,HPR型歌在早期获得,继而由HPR型转化为P或S型歌,以及由P型歌转化为S型歌。基于求偶歌的波形图,发现HPR型歌既具有P型歌的脉冲特征,也具有S型歌无间断信号的特征,是三种类型求偶歌互相转化的中间型,在求偶歌进化中具有重要的意义。3.攀爬前振翅行为逐渐丢失代表物种D.serrata不同求偶阶段振翅方式和求偶歌的多样性:基于求偶视频和求偶歌分析结果,阐明了D.serrata不同求偶阶段的求偶策略:a)第一次攀爬前求偶,未交配雄蝇以双翅小角度振翅（two-wings vibration with a small angle）,振翅发生率为IVS=0.27,产生P型歌(P1-pre),脉冲间间隔（interpulse interval,IPI）为31.40±0.72 sec,脉冲内频率（intrapulse frequency,IPF）为425.17±7.05Hz;b)第一次攀爬后求偶,以单翅大角度振翅（one-wing vibration with a big angle）,发生率为IVB=1.00,产生HPR型歌(HPR1-post),脉冲重复率（pulse repetition rate,PRR）为126.05±0.96 pulses/sec;c)刚结束交配的第二次攀爬前求偶,已交配雄蝇以单翅大角度振翅,发生率为IVB=1.00,产生HPR型歌,PRR=136.83±1.28 pulses/sec,与HPR1-post没有显著性差异;d)完成交配24小时后的第二次攀爬前求偶,已交配雄蝇以双翅小角度振翅,发生率为IVS=0.58,产生P型歌,IPI=25.46±0.51 sec,IPF=416.43±3.64Hz,其中IPI与P1-pre具有显著差异（0.001＜P＜0.01）;e)完成交配24小时后的第二次攀爬后求偶,已交配雄蝇以单翅大角度振翅,发生率为IVB=1.00,产生HPR型歌,PRR=134.26±0.93 pulses/sec,与HPR1-post没有显著性差异。以上结果显示,雄蝇的振翅方式与求偶歌的产生具有一定的关联,单翅大角度振翅产生相同的HPR型歌,双翅小角度振翅所产生的P型歌则因雄蝇的遭遇不同而具有不同的IPI,为进一步研究雄蝇情境依赖求偶行为的产生机制提供了很好的实验数据。4.D.serrata雌蝇拒绝行为对振翅的影响:雌蝇拒绝实验结果显示,已交配雌蝇（mated female）和未成熟未交配雌蝇（immature virgin female）的拒绝行为均极显著地提高了未交配雄蝇攀爬前的振翅发生率,分别为IV=0.77和IV=0.82,振翅方式也发生变化,大角度振翅发生率显著增加,分别为IVB=0.43和IVB=0.66。表明雌蝇的挤出（exrtruding）、抖翅（fluttering）和逃跑（running）等拒绝行为不仅提高了雄蝇攀爬前振翅发生率,而且改变雄蝇的振翅方式,很大程度地激发了单翅大角度振翅。5.D.serrata已交配雄蝇学习行为及其对振翅的影响:与产生强烈拒绝行为的刚完成交配雌蝇相比,完成交配24小时后的雌蝇不再显示拒绝行为。不同求偶/交配经历的雌雄蝇在被隔离24小时后再相遇的三组实验显示出如下结果:a)有交配经历的同一对雌雄蝇再相遇,攀爬前振翅发生率从第一次的I1-vs=0.27极显著地增加至第二、三次的I2-vs=0.58和I3-vs=0.55,均为双翅小角度振翅;b)有交配经历的同一雄蝇与新未交配雌蝇再相遇,攀爬前振翅发生率分别为I1-vs=0.23,I2-vs=0.24和I3-vs=0.34,雄蝇经历两次交配后,第三次对未交配雌蝇求偶时攀爬前振翅发生率出现了显著性提升,这可能是雄蝇的奖励性学习所致;c)没有交配经历的同一对雌雄蝇再相遇,攀爬前振翅发生率分别为I1-vs=0.24,I2-vs=0.24和I3-vs=0.29,三次之间没有显著性差异。以上结果显示,以隔离24小时排除雌蝇拒绝行为后,“交配”对雄蝇攀爬前振翅具有很大的影响,一方面,经历“交配”给雄蝇留下了学习印记,另一方面,“交配”使雌蝇的信息素构成发生改变,雄蝇经历“交配”以及“已交配雌蝇”两者共同作用更能诱发学习行为的发生。已交配雌蝇在场或不在场实验结果表明,当已交配雌蝇在场时,已交配雄蝇向未交配雌蝇求偶的攀爬前振翅发生率为IV=0.41,其中,大角度振翅发生率为IVB=0.33,显著高于已交配雌蝇不在场时的IV=0.32和IVB=0.05。雌蝇的11-顺式-十八碳烯醇乙酸酯（11-cis-vaccenyl acetate,c VA）含量检测结果显示:未交配雌蝇具有极为痕量的c VA:0.06±0.02 ng/♀;刚完成交配的雌蝇的c VA含量激增至9.92±0.60 ng/♀;交配后24小时的雌蝇的c VA含量激降至0.13±0.04ng/♀。以上结果进一步揭示了已交配雌蝇信息素构成的变化在雄蝇嗅觉相关学习和记忆中的参与,以及对攀爬前振翅方式改变的作用。6.D.serrata雄蝇攀爬前振翅性状的品系筛选及其转录组比对分析:对来自不同地理区域D.serrata的5个品系进行攀爬前振翅发生率测定,从中选择攀爬前振翅发生率最高（IV=0.27）的品系Q122（来自菲律宾）,以及攀爬前振翅发生率最低（IV=0.056）的品系14028-0681.05（来自澳洲Mataranka NT）,并对这两个品系进行雄蝇攀爬前振翅性状的品系筛选。对于高振翅发生率品系（振翅品系）只选攀爬前振翅雄蝇作为父本,而低振翅发生率品系（不振翅品系）则只选攀爬前不振翅雄蝇作为父本,父本雄蝇所求偶的雌蝇为母本,进行18代的品系筛选。随着逐代筛选,振翅品系的振翅发生率呈波浪式上升,最高IV=0.48;不振翅品系的振翅发生率则逐渐下降,最低IV=0.0。在第15代分别取振翅品系（IV=0.41）的振翅雄蝇和不振翅品系（IV=0.0）的不振翅雄蝇进行转录组测序比对分析。分析结果发现,差异表达基因大多数为气味结合蛋白基因、嗅觉和味觉相关基因,如Obp57d,Or94b和G22e等,以及学习和记忆相关基因Dop1R1。差异基因KEGG富集分析结果显示,这些基因介导了环境因素相关和遗传因素相关通路。攀爬前振翅行为的可筛选性以及波浪式上升趋势揭示了第一次求偶该性状可能由多基因控制,而转录组比对中化感相关差异表达基因的发现为进一步研究雄蝇情境依赖求偶行为产生中可能的嗅觉介导机制提供了候选基因。本论文通过行为学、声学、遗传学和分子生物学手段,阐明了Sophophora亚属的最大物种团山果蝇物种团求偶行为与求偶歌的多样性和进化规律,以及代表物种D.serrata在不同求偶阶段求偶策略发生改变的环境因素和可能的内在遗传因素,同时为进一步研究果蝇近缘种求偶歌参数在交配系统中的动态变化机制提供了候选模式物种,为果蝇行为学和进化遗传学领域增添了新的研究成果,具有重要的理论意义。