衰老是生物体的正常生理功能随年龄衰退的过程,其影响因素包括遗传和环境因素两方面,其中营养是影响衰老的重要环境因素之一。果蝇是衰老生物学和营养生理学研究中的经典模式动物。基于果蝇与高等哺乳动物营养代谢相关信号通路的相似性,利用果蝇研究营养调控衰老的机制将能够为人类的衰老与抗衰老研究提供新的见解。前人的研究已经明确了果蝇幼虫发育阶段的营养需求,但目前尚缺乏对成年果蝇维持正常寿命的基本营养需求的系统研究,同时对维持正常寿命所需的营养组成及水平是否存在性别差异亦缺乏了解。此外,果蝇维持正常寿命的营养需求与取食行为之间的联系是否存在关联,目前尚不清楚,有待进一步研究。对这些问题的研究将有助于加深我们对营养调控衰老和行为的机制的认识,促进对寿命性别差异成因的理解,同时界定果蝇作为营养与衰老研究的模式动物的适用范围。为了探究果蝇维持正常寿命的营养需求的性别差异及其与取食行为的关系,我们利用一种纯化学成分的培养基,就食物营养组成及水平对雌雄果蝇寿命的影响及营养相关取食偏好的性别差异进行了研究。主要结果如下:1.雄性果蝇维持正常寿命所需的各种营养物质水平普遍显著低于雌性。其中,以二者对胆固醇和B族维生素需求的差异最为突出。从羽化后48小时开始,成年阶段长期缺乏胆固醇和B族维生素对雄性寿命无显著影响,却大幅缩短雌性果蝇寿命约50%。此外,雌雄果蝇寿命对糖和氨基酸的需求也表现出性别差异,雄性果蝇维持正常寿命所需的最低蔗糖和氨基酸水平仅为雌性的10%~20%。2.果蝇维持正常寿命的营养需求的性别差异与Y染色体无关。在胆固醇或维生素缺失条件下,XO雄性的寿命表型与野生型XY雄性一致,均不受影响;XXY雌性的寿命表型与野生型XX雌性一致,在胆固醇或维生素缺失条件下寿命均显著缩短。3.雌性卵子发生是导致雌雄正常寿命的营养需求存在性别差异的主要因素。相对于野生型雌性,不育突变体ovoD1雌性果蝇在蔗糖、氨基酸、胆固醇和维生素缺乏条件下的生存时间显著增加,并可恢复到与同等营养条件下雄性寿命相当的水平。4.胰岛素信号通路突变显著延长了雌性在胆固醇缺失条件下的寿命。胰岛素受体突变In RE19和胰岛素受体底物突变chico1对雌性果蝇在氨基酸和维生素缺乏条件下的寿命并无改善,但显著延长了雌性在胆固醇缺失条件下的生存时间。通过Western blotting检测发现,不育突变体ovoD1雌性的胰岛素信号通路关键蛋白Akt的磷酸化水平相对于野生型雌性无显著降低,因此ovoD1雌性在胆固醇缺失条件下的生存优势不依赖于胰岛素信号通路。5.果蝇对营养物质的取食偏好存在显著性别差异。利用32P同位素标记等方法对果蝇取食行为的研究发现,正常雌性果蝇对蛋白质的偏好性显著高于雄性和不育雌性;果蝇对含有维生素的培养基也表现出显著的取食偏好,但雌性对维生素偏好性显著高于雄性。在果蝇自身所不能合成的7种B族维生素中,雌性果蝇对叶酸和核黄素表现出较强的取食偏好,而雄性则只对叶酸存在轻微的偏好性。雌性果蝇对叶酸和核黄素的味觉敏感性较其对蔗糖的敏感性高出4个数量级。6.果蝇对维生素的取食偏好同时依赖于体外味觉刚毛和体内咽味觉感受器。体外味觉刚毛缺失的Poxn70/?M22突变体雌性对叶酸的偏好性不受影响,但对核黄素的偏好性完全丧失。在Poxn70/?M22突变体的基础上进一步通在味觉神经元中过表达Kir-2.1沉默咽味觉受体,可同时废除雌性对叶酸和核黄素的取食偏好。因此,雌性果蝇对核黄素的味觉感知和取食偏好依赖于体外味觉刚毛,而对叶酸的味觉感知和取食偏好则依赖于咽味觉感受器。本研究揭示了果蝇维持正常寿命的营养需求及其性别差异。发现相对于雌性果蝇,雄性对各种营养成分的需求普遍较低,其中以二者对胆固醇和维生素需求的差异最为突出;雌性卵子发生是导致成年雌雄果蝇维持正常寿命的营养需求存在性别差异的主要原因。同时首次揭示了饮食中的维生素对果蝇取食行为的影响及其遗传学基础。为营养生理学背景下的衰老研究提供了重要基础数据,促进了我们对两性寿命差异机制的理解,拓宽了对饮食营养对动物行为作用方式的认知。