蛙类的多模通讯与性选择

Animal communication contains sound, visual, chemical and tactile communication. When single model signals were not enough for communicating in complex environment, the signals evolved from uni- to multimodality, and the animals evolved the ability to integrate the signals from multi-sensory channels. For example, when the call was produced, the visual cue of the vocal sac can transfer to the females, which can rescue the signals impaired by noise, thus facilitate to attract female mates. Recently, the study of multimodal communication has become an active and vibrant field. However, it is not clear that how the brain integrates the signals from multi-sensory systems. In the present project, we use multimodal communication in frogs as subject to investigate the roles of acoustic and visual signals in mate choice and sexual selection. We use in-situ hybridization and immunohistochemical (IEG as marker) to map which parts of the brain are involved in audio-visual sensory integration. We use RAN-Seq to investigate the genes involve multimodal communication and mate recognition. This study will highlight how the complex sexual signals evolved and how the brain perceives multimodal signals.

动物的通讯方式包括声音通讯、视觉通讯、化学通讯和触觉通讯等。在复杂环境压力下，当单一通讯方式不足以进行有效通讯时，动物进化出整合不同感觉系统进行通讯的能力，即多模通讯（Multimodal communication）。例如，雄蛙通过鸣囊发出鸣声信号的同时，鼓起的鸣囊可作为视觉信号传给雌性，以弥补噪声环境对声学信号的影响，从而有利于吸引配偶。近年来，关于多模信号的研究逐渐成为热点。然而，关于大脑对来自不同感觉系统的多模信号的感知、整合的机理尚不清楚。本项目拟以蛙类的多模通讯为模型，通过趋声性测试等行为学手段，研究声音信号（叫声）和视觉信号（鸣囊）在配偶识别和性选择中的作用；以即刻早期基因为标记，用原位杂交和免疫组化的方法，研究大脑整合听觉和视觉信号的部位；以转录组（RNA-Seq）比对的方法，探讨多模通讯和配偶识别行为的基因基础。本研究对性信号复杂性的进化、多模信号的感知机理均有重要意义。

动物的通讯方式包括声音通讯、视觉通讯、化学通讯和触觉通讯等。在复杂环境压力下，当单一通讯方式不足以进行有效通讯时，动物进化出整合不同感觉系统进行通讯的能力，即多模通讯。本项目以多种蛙类为模型，通过趋声性测试等行为学手段，研究声音信号和视觉信号在配偶识别和性选择中的作用；以转录组（RNA-Seq）比对的方法，探讨多模通讯和配偶识别行为的基因基础。此外，我们还研究了化学-听觉多模信号在蛙类配偶选择中的作用，以及噪音、光照、温度等环境因素对蛙类多模通讯和配偶选择的影响。. 通过本研究，我们发现：1）视觉-听觉多模求偶信号能增加锯腿原指树蛙的工作记忆，蛙类的视听双重感官信号具有非模补整效应；2）雄性锯腿原指树蛙可通过化学信号感知雌蛙的存在，进而调整鸣叫策略，并进一步证实了多感官信号在无尾两栖类配偶选择中的作用；3）我们发现寄生蚊虫的叮咬可能驱动了肢体语言这一多模通讯信号的进化，暗示了一种全新的多模信号进化途径。4）整体差异基因的层次聚类结果表明，相同刺激来源的聚集程度明显高于不同来源，行为差异越大的比较差异基因数目越多；差异基因的GO和KEGG注释结果表明，大脑的能量代谢活动与不同信号的感知密切相关，但单模与多模信号间无显著差异；小湍蛙不同的神经基因组状态介导其不同的信号感知，全脑的能量代谢活动及c-fos基因相关的神经元活性，可能调控了多模态感知过程。本研究对性信号复杂性的进化和多模信号的感知机理有重要意义。