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康乐院士讲述“表型可塑性的调控”——生命学院开展神经生物科学前沿名家讲座

  • 图文:生命学院
  • 日期:2023-04-27
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      2023年4月20日上午10:30,我国著名生态基因组学专家、中国科学院大学生命科学学院院长、中国科学院北京生命科学学院院长、河北大学校长康乐院士,在中国科学院大学雁栖湖校区教二-105教室为同学们带来《表型可塑性的调控》的精彩讲座。本次讲座由生命科学学院郎明林教授主持,学院副院长丁文军教授致欢迎词。

 

康乐院士讲述“表型可塑性的调控”

      康老师从生命的本质出发引出“表型可塑性”的概念,讲述表型可塑性在生物中普遍存在,且与人类健康息息相关,揭示其在生命活动中的功能与内在机制具有重要意义。

      动物的多型性是昆虫适应环境的重要手段,其中,飞蝗两型转变是典型的表型可塑性,同时也是蝗虫成灾的最重要的生物学基础,研究它具有重要的科学前沿性和应用价值。

      蝗虫两型表型在形态、行为和生理上均存在差异,传统的研究难以揭示型变的内在机制,并且由于蝗虫基因组很大,始终没有成熟的遗传操作手段,无法像研究模式生物果蝇一样去研究蝗虫,遇到了理论与假说相反的矛盾等难题。康老师团队另辟蹊径,选择走反向遗传学的道路,从基因入手看RNA表达和编码蛋白,通过基因表达序列标签等技术,突破研究难点,最终发现了非常明显的表达差异,揭示两型飞蝗差异代谢物乙酰肉碱,得到了国际社会的高度评价。康老师说,这条道路既有经过理论思考后的合理性,也有时代赋予的机会。

      康老师团队揭示了多巴胺通路对聚集行为的调控。多巴胺合成关键基因调控飞蝗型变,多巴胺硫酸化修饰可以加强其行为调控作用。研究团队经过不断地尝试和分析,发现miR-133通过控制多巴胺的合成抑制飞蝗的聚群行为,在调控动物行为方面揭示了miRNA的重要功能。这是自1993年以来又一在miRNA调控动物行为方面的重要报道。康老师对同学们说,要不断地发现问题、提出问题,寻找不同角度的路径去尝试,可能就会有所发现。

康乐院士讲述“表型可塑性的调控”

      康老师生动形象地给大家讲述型相关的气味化合物在群体形成中的作用。CSP与takeout两个基因均与嗅觉相关,这两个基因调控飞蝗嗅觉,从而吸引、排斥调控飞蝗型变。群居飞蝗特异性释放PAN和4VA,在受到天敌攻击时PAN会转化为剧毒的氢氰酸抵御天敌捕食,是抵抗天敌的防御化合物,还可以阻止蝗虫的同类相食。同时,从多个层面证明4VA是飞蝗群聚信息素。这揭示了蝗虫群聚成灾的奥秘,是昆虫学和化学生态学领域的重大突破,对世界蝗灾的控制和预测具有重要意义。

康乐院士讲述“表型可塑性的调控”

      康老师还讲述了蝗虫的飞行调节。蝗虫的飞行是其成灾的重要原因,研究神经肽调控飞蝗运动可塑性具有重要意义。研究团队首次发现了低氧信号通路参与动物的需氧型生理过程,阐明低氧诱导因子(Hif)通路对飞蝗飞行过程的调节作用。康老师将群居型蝗虫比喻成“马拉松选手”,可以在天空持续低速飞翔;散居型蝗虫是“短跑选手”,基础代谢高、非常活跃但是飞不久,很快就落地。飞蝗通过飞行特点的变化来适应种群密度的改变,且二者长距离飞行能力的差异是由飞行肌能量代谢和氧化压力之间的平衡决定。康老师说,这样的情况跟社会现象有相似之处,要想走得远就要大家一起走,要想走得快就单独走,启发大家在做科研工作中学会合作和互助。

      2014年,康老师团队被Annual Review of Entomology 邀请撰写综述文章;今年(2023年)EMBO Journal 邀请再次撰写关于piRNA调控飞蝗行为和繁殖的Review Article;同时,Current Opinion in Insect Science 邀请康乐院士组织题为Phenotypic Plasticity in Insects 的专辑。

      最后康老师用简洁明白的语言总结了蝗虫“聚起来、活下去、飞起来、传下去”的完整生活史,在差异表达、功能、机制和调节方面均有研究,在整个表型可塑性的分子调控水平上研究了转录、代谢、转录后调控和环境,最后形成蝗虫自赋能、自组织、自协调、自调节、自适应、自进化的规律。

同学提问

      康老师风趣幽默的语言和逻辑清晰的表述引来在场同学们的阵阵掌声,在讲座结束后,同学们积极踊跃地提出自己的问题,表达自己的收获。康老师耐心详细地解答了问题,同时对大家的深入思考和对于科学研究的热情给予肯定。最后,康乐院士与到场的师生合影留念。

康乐院士与现场师生合影留念