果蝇社会性行为的遗传基础：人工选择与基因表达分析揭示关键基因网络

本研究针对动物社会性行为（sociability）遗传机制不清的科学问题，通过人工选择培育高低社会性果蝇品系，采用RNA-seq技术鉴定出174个差异表达基因，其中33个与神经解剖、生理及行为相关。通过RNAi验证发现Sec5等6个基因显著影响社会性表型，为跨物种社会行为进化保守性假说提供新证据，相关成果发表于《Evolution》。

　　

社会性行为作为动物界普遍存在的现象，其定义是个体倾向于与同种个体建立联系的特性。从群居哺乳动物到传统认为"独居"的昆虫，社会性表现形式的多样性引发科学家思考：这种行为的遗传基础是否具有跨物种保守性？尽管已有研究表明社会性与健康、寿命存在关联，如狒狒研究中发现社会联系强度与个体存活率正相关，人类研究也显示社交质量与长寿相关，但社会性的分子机制仍如黑箱。

加拿大麦克马斯特大学（McMaster University）的研究团队选择果蝇这一模式生物展开突破性研究。果蝇虽长期被视为独居生物，但近年发现其具有丰富的社会行为，包括社会学习、集体避险等，且社会性表现出可遗传变异。研究人员通过25代人工选择，成功培育出社会性差异达50%的品系——高社会性果蝇倾向于聚集在单一食物斑块，而低社会性个体则随机分布。

研究采用多组学技术策略：通过RNA-seq比较高低社会性品系头部基因表达差异，使用Salmon和STAR进行序列比对，DESeq2和edgeR分析差异表达基因（DEGs），glmmTMB包构建混合效应模型。关键创新点包括：首次在果蝇中建立社会性选择系，开发8室社会性行为量化装置，整合转录组与功能验证实验。

主要研究结果

人工选择
设计独特的社会性量化系统：8个连通食物室构成测试装置，通过90分钟自由活动后计算分布离散度（方差/均值）。选择强度设定为每代从12组（每组16只）中选取极端48个个体繁殖，控制系每5代检测一次。

基因表达分析
PCA显示社会性选择显著影响转录组变异（PC1解释36%变异），低社会性品系呈现更一致的表达模式。鉴定出327个差异表达基因，其中低vs高对比包含174个基因，包括：

• 神经发育相关基因：Sec5（胞外分泌复合体组分，人类同源基因为EXOC2）、NetA（轴突导向）
• 行为调控基因：rut（rutabaga，参与学习记忆）、wake（睡眠调节）
• 氧化应激基因：MsrA（与人类自闭症相关）

转录本差异使用
发现191个基因存在选择性剪接变异，包括：

• 昼夜节律基因：tim（timeless）的tim-RR转录本在低社会性品系高表达
• 离子通道基因：Shaw（钾通道）的Shaw-RA转录本表达差异

功能验证
对16个候选基因进行神经系统特异性RNAi敲降，6个基因表型符合预测方向：

• Sec5敲降使社会性降低50%
• Est-P呈现性别二态性效应（雌性社会性增强）
• CG31231产生性别相反效应

讨论与意义
该研究首次系统揭示果蝇社会性的多基因遗传架构，证明即使非传统社会性物种也具备复杂社会行为的分子基础。值得注意的是，与人类社会性GWAS研究（Bralten et al., 2021）比较未发现显著基因重叠，提示社会性可能通过不同遗传途径演化。然而，EXOC2等关键基因的保守功能暗示特定神经通路（如胞外分泌）可能在社会行为调控中具有深层进化意义。

研究创新性体现在：

1. 建立首个社会性人工选择果蝇模型
2. 发现社会性与昼夜节律基因的潜在关联
3. 开发适用于微量样本的群体行为分析技术

局限性与未来方向包括：发育阶段转录组动态、神经环路特异性机制、跨物种比较基因组学等。这些发现为理解自闭症等社会行为障碍的进化根源提供了新视角，也为社会行为遗传学的比较研究建立了重要模型系统。