夜间睡眠与活动水平的变化：果蝇抵抗体外寄生虫的潜在机制

《npj Biological Timing and Sleep》：Shifted levels of sleep and activity during the night as mechanisms underlying ectoparasite resistance

为探究果蝇对体外寄生虫抵抗的机制，研究人员以黑腹果蝇（Drosophila melanogaster）和昆士兰革螨（Gamasodes queenslandicus）为研究对象，开展人工选择实验。结果发现抵抗螨类的果蝇夜间活动增加、睡眠减少、代谢改变，该研究有助于理解宿主 - 寄生虫共生的遗传变异机制。

　　在自然界中，寄生虫无处不在，它们对宿主的生存和繁衍有着深远影响。寄生虫介导的选择压力，就像一把无形的 “进化剪刀”，塑造着宿主的各种表型特征。在众多宿主 - 寄生虫系统中，果蝇和寄生在它身上的螨类，构成了一个奇妙的微观 “战场”。然而，对于果蝇抵抗螨类寄生虫的分子和生理机制，科学家们还知之甚少。

为了深入探索这个神秘的领域，来自美国辛辛那提大学（University of Cincinnati）的研究人员展开了一项极具意义的研究。他们的研究成果发表在《npj Biological Timing and Sleep》上，为我们揭示了许多有趣的现象和重要的机制。

研究人员主要采用了以下几种关键技术方法：首先是人工选择技术，对黑腹果蝇进行长达 22 代的人工选择，以培育出对昆士兰革螨具有高抗性的品系；其次是 RNA 测序（RNA - seq）技术，分析在选择过程中果蝇基因表达的变化；此外，还运用了饥饿实验、营养储备测定、氧消耗测定、睡眠和活动监测以及螨感染实验等多种实验技术，从不同角度探究果蝇与寄生虫之间的相互作用。

下面我们来详细看看研究的具体结果：

• 抗性增强与代谢相关的转录变化：经过 22 代的人工选择，研究人员成功获得了三个对螨类抗性显著提高的果蝇品系。RNA - seq 分析显示，与对照组相比，抗性品系中有 108 个基因表达发生显著变化，其中与代谢相关的基因，如参与糖酵解（glycolysis）的醛缩酶（aldolase）、乙酰辅酶 A 合成酶（acetyl - CoA synthetase）和磷酸甘油酸激酶（phosphoglycerate kinase）等，表达上调。这表明，果蝇对螨类抗性的增强与代谢过程的改变密切相关12。
• 夜间代谢增加导致饥饿抗性下降：抗性品系果蝇的代谢相关因子上调，这似乎引发了一种权衡。实验表明，与对照组相比，抗性品系的饥饿抗性降低，在饥饿 36 小时后，其体内脂质和蛋白质储备的减少更为明显。进一步分析发现，抗性品系在夜间的氧消耗显著高于对照组，这意味着代谢成本主要在夜间体现34。
• 抗性品系夜间活动增加：由于夜间氧消耗增加，研究人员进一步检测了果蝇的活动和睡眠模式。结果发现，在白天，对照组和抗性品系的活动和睡眠水平没有显著差异，但在夜间，抗性品系的活动显著增加，睡眠时长减少。而且，通过对不同睡眠水平的果蝇品系进行螨感染实验，发现夜间睡眠水平与被螨寄生的比例呈显著负相关，这表明睡眠和活动水平可能是影响果蝇抗寄生虫能力的重要因素56。
• 限制活动和光周期条件影响寄生虫抗性：为了进一步验证活动和睡眠行为在介导寄生虫抗性中的作用，研究人员进行了两组实验。一组实验中，限制果蝇的活动，结果发现抗性品系在夜间对螨的抗性优势消失；另一组实验在光周期的不同条件下进行螨感染实验，发现与黑暗条件相比，在光照条件下，抗性品系和对照品系之间的抗性差异减小。这两组实验充分证明，夜间增加的活动和减少的睡眠行为是果蝇抵抗螨类寄生虫的重要因素78。

综合上述研究结果，研究人员得出结论：在黑腹果蝇抵抗体外寄生虫的过程中，夜间睡眠减少和活动增加是重要的防御机制。这一过程伴随着特定代谢转录途径的上调，虽然增强了对寄生虫的抗性，但却以牺牲饥饿抗性为代价。

这项研究具有重要的意义。它不仅为我们理解宿主 - 寄生虫共生关系中遗传变异的维持机制提供了新的视角，还揭示了一种新的宿主抗性形式，即改变睡眠模式来抵抗寄生虫。这种现象与捕食者 - 猎物动态中的一些机制相似，为后续研究宿主应对寄生虫的策略提供了新的思路。同时，研究中发现的代谢成本和抗性之间的权衡关系，也提示我们在自然环境中，宿主的抗性策略可能受到寄生虫压力、资源限制和营养管理等多种因素的综合影响。这一研究成果为生命科学和健康医学领域在寄生虫与宿主相互作用的研究方面，提供了宝贵的参考资料，有助于推动相关领域的进一步发展。