主要研究成绩:
1) 褐家鼠及家鼠属(Rattus)的气味表型 (odor-type) 分化和遗传变异的研究:从2005 年起开始在黑龙江省合作开展村屯和农田褐家鼠等害鼠的检测和防治研究。对哈尔滨、北京、成都、广州等褐家鼠种群的信息素比较发现了种群间的分化;同时,对大足鼠、黄毛鼠、黄胸鼠等家鼠属(Rattus)的包皮腺气味分子比较发现存在系统演化关系。与英国科学家(Peter Keightly)合作五年开展谱系发生及种群遗传学研究,对我国哈尔滨市周围的褐家鼠种群(可能的起源地种群)44 个个体30个常染色体蛋白编码基因位点进行过进化分析,表明其遗传多样性仅为0.2%(G3 发表);通过深度(20~40×)全基因组测序,充分证明褐家鼠种群分化比小家鼠小5 倍,历史上(约1 万年前)褐家鼠种群可能经历了一个冰川期(联合发表在2015 年的 Molecular Biology and Evolution 杂志)。我们进一步对国内南北方7个褐家鼠地理种群和姊妹种大足鼠和近缘种黄胸鼠进行了全基因组比较分析,发现褐家鼠和大足鼠两个姊妹种的分化时间与东亚发生的最大一次冰川的时间是吻合的,据此推断剧烈的气候变化影响了褐家鼠的物种形成。此外,该研究发现分化后的两个姊妹种仍然发生过种间的杂交,通过种间交流保留下来的与化学通讯相关的一些基因组区间以及褐家鼠基因组上受到选择性清除的与食物代谢、免疫反应、警觉和焦虑相关的区间在褐家鼠生态适应中可能发挥了重要作用 (发表在2015, 2017 年的Molecular Biology and Evolution 杂志;2016 年的G3: Genes, Genomes, Genetics 杂志)。
2) 挥发性信息素跨类群的比较鉴定:以虎皮鹦鹉和太平鸟与小太平鸟首次证明鸟类存在性信息素和种间信息素,这些间信息素主要是直链饱和的醇类(12-20碳醇)。同时,合作研究蜘蛛的信息素发现蜘蛛网上16醇乙酸酯和法尼稀乙酸酯为在蜘蛛中首先发现的酯类信息素。我们之前证明 16 醇乙酸酯和16醇是的小鼠的性信息素,法尼醇乙酸酯是布氏田鼠的雄性信息素。这些成分也是是昆虫中普遍存在的信息素成分。 所以,我们的结果为证明信息素成分在动物类群之间的趋同性提供必需的证据。同时,也为全面理解害虫和天敌(如鸟类、蜘蛛等)之间的化学信息的联系提供了理论基础(已发表)。另外对金仓鼠的胁腺信息素也进行了初步鉴定(已发表)。
3) 鼠类信息素编码的机制和功能:阐明大鼠尿液气味中4-庚酮、2-庚酮、9-羟基 -2- 壬酮等成分具有同时编码雄鼠性吸引和亲属信息的多功能性(已发表),这些成分的表达量高过一定阈值,形成“夸张的雄性特征”(exaggerated male trait) 介导了雌鼠在遗传兼容性(近交回避)和遗传质量(good genes and sexy son)配偶选择模式之间的权衡( trade-off ), 只有雄性配偶之间的这些性信息素成分差异很小时,才引起雌鼠采取近交回避,否则雄性遗传质量主导的配偶选择总是起作用(投稿评审中)。同时,这些雄性信息素高表的褐家鼠也增加了对天敌(猫)的吸引,使捕食风险也增加(投稿评审中)。首次在信息素分子水平证明自然选择和性选择对信息吸引的相反作用。
4) 社会等级及其信息素的组成和遗传: 以C57B/6小鼠为模式,利用两两雄鼠在中立场长期攻击相遇建立优势和从属关系,发现社会优势地位的雄鼠的尿液对雌鼠的吸引力增强,此尿液气味的增强依赖于包皮腺的分泌的多个挥发性雄性信息素成分( β-法尼稀、16醇和16醇乙酸酯)向尿液的分泌量增加,而与膀胱尿液本身的挥发性雄性信息素成分没有关系;同时,杂交遗传试验证明优势雄鼠的儿子成年后比从属雄鼠的儿子具有更高的攻击性,经过长期的相互作用,前者成为优势鼠,后者为从属鼠,说明社会等级及其信息素也具有可遗传性,其表达由直接遗传效应( DGE )和间接遗传效应(IGE)或社会环境的共同作用(撰写中)。
5) 信息素产生的分子调控:为了研究免疫能力和气味调节配偶选择的关系,利用Foxn1基因敲除导致免疫缺陷的小鼠,发现免疫缺陷通过抑制雄小鼠的性信息素水平,从而减少了雄鼠性吸引和配偶竞争机会(已发表)。在社会优势和从属关系中,除了上述挥发性信息素成分能反映社会优势地位信息外,某些非挥发性MUPs信息素在优势个体肝脏的 mRNA 表达及尿液的含量增加,可能也会构成优势地位的信息素;并首次证明其产生即使在雄激素和糖皮质激素及其受体在肝脏的表达没有差异情况下,受到肝脏促肾上腺皮质激素释放激素受体2(CRHR2)基因的独立的抑制性调控,也就是, CRHR2 在从属雄鼠肝脏的表达上调,抑制了若干MUPs的表达(已投稿)。5-HT可能涉及社会优势信息素产生的调控,尽管中枢5-HT合成酶 TPH2 敲除(TPH2-/-)雄鼠之间可以建立起社会优势和从属关系,但是尿液对雌鼠的性吸引力却没有差异,包皮腺的主要成分在尿液中没有变化(撰写中)。
6) 嗅觉识别的神经机制:利用中枢TPH2敲除小鼠研究中枢 5-HT 缺陷对天敌本身或气味胁迫反应显著减弱,捕食风险的长期刺激不能抑制TPH2-/-雄鼠的社会地位和尿液性吸引,前脑和海马的与攻击有关的基因表达与TPH2+/+显著不同(已发表)。Thp2-/-雌鼠嗅觉的社会识别缺失,但是在生殖之后社会识别的能力恢复,主要是生育后杏仁核的 OTR 和ERа 2个基因上调,但这种上调在生育过的TPH2+/+雌鼠中没有产生,说明这两个基因的上调对5-HT缺陷的鼠是特异性的 ( 撰写中)。