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一氧化氮合酶在拟黑多刺蚁脑部的表达分布研究

杨冰  
【摘要】: 拟黑多刺蚁(Polyrhachis vicina Roger)隶属于膜翅目(Hymenoptera)、蚁总科(Fomicoidea)、蚁科(Fomicidea),其多态现象和分工明确的社会性生活,决定了它高度复杂的神经系统,由于其神经系统结构相对集中,因而是研究昆虫神经系统结构和功能的良好材料。 一氧化氮(nitric oxide,NO)是一种自由基性质的气体,其作为生物体内一种非常重要的细胞信号分子和效应分子,受到人们广泛关注。它参与昆虫神经系统中嗅觉、视觉、机械感受、发育、机体防御及学习行为等信息的整合和传递,一氧化氮在生物体内是由一氧化氮合酶(nitricoxide synthase,NOS)催化L-精氨酸和与O~(-2)产生的。现已经证明一氧化氮合酶NOS和神经系统中的依赖还原型辅酶Ⅱ的黄递酶NADPH-d是同一物质,从而确立了用固定耐受型NADPH黄递酶组织化学方法进行一氧化氮合酶化学定位的可行性。 本文运用NADPH黄递酶组织化学染色方法对雄蚁、雌蚁和工蚁三个品级的拟黑多刺蚁脑部的一氧化氮合酶表达分布进行了定位研究,比较了各个品级不同脑区一氧化氮合酶的表达差异,研究结果如下: 一氧化氮合酶阳性反应广泛存在于各品级拟黑多刺蚁脑中不同区域,而且拟黑多刺蚁不同品级中一氧化氮合酶的表达分布不同。在雌蚁脑中,除了蕈形体冠、α叶、β叶和γ叶中一氧化氮合酶阳性反应程度较弱外,其它部位的阳性反应都比较强烈;一氧化氮合酶在视叶、中央复合体和嗅叶中的表达阳性反应最强烈。一氧化氮合酶在雄蚁和雌蚁中的表达分布基本一致,只是蕈形体中β叶的表达比蕈形体冠中一氧化氮合酶阳性反应强烈;视叶、中央复合体和嗅叶中的一氧化氮合酶阳性反应依然强烈。在工蚁中,蕈形体冠中无一氧化氮合酶阳性反应;一氧化氮合酶在视叶中阳性反应相对比较弱;而中央复合体和嗅叶中的阳性反应较强。 一氧化氮合酶在三种品级拟黑多刺蚁中的表达差异性可能与其多态现象和分工明确的社会性生活有关。推测工蚁常出巢,而雄蚁和雌蚁婚飞后多数营穴居生活,工蚁依赖嗅觉和触觉比视觉多些,因而工蚁中一氧化氮合酶在视叶中的表达就弱一些,但嗅叶和中央复合体中一氧化氮合酶阳性表达程度很强;雄蚁和雌蚁,在黑暗中生活,依赖视觉比较多,一氧化氮信号系统可能参与这些视觉信息的传递;而且雄蚁在求偶过程中关注雌蚁,需要更多的从复眼得到视觉信息,和更高的空间分辨能力,所以在雄蚁视叶中一氧化氮合酶的阳性反应强烈。 从蚂蚁的整体来看,蕈形体中一氧化氮合酶着色最浅,推测一氧化氮在学习和记忆的形成过程中的作用并不大,介导的信息有限。而三个品级拟黑多刺蚁的嗅叶和中央复合体中一氧化氮合酶阳性颗粒的表达较多,说明一氧化氮参与介导了触觉信息的整合传递,而且在机械运动的信息接受和传递中发挥着重要的作用。 本文首次研究了一氧化氮合酶在拟黑多刺蚁雄蚁、雌蚁和工蚁三种品级脑部的神经系统中的表达分布情况,对比了三个品级脑中一氧化氮合酶表达的差异性,探讨了一氧化氮信号系统与不同品级拟黑多刺蚁的社会性行为的关系。希望我们的工作能为今后深入研究社会性昆虫一氧化氮的功能提供理论依据,并为神经生物学的发展提供基础资料。


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