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南开大学伯苓学院本科生二作发表Nature论文
2020-10-15 15:37:00
南开大学
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  为什么人吃了咸的薯片后想喝水,为什么在运动后想喝功能性饮料?大脑是怎样感知并作出调节的?美国东部时间10月14日,国际顶级学术期刊《自然》(Nature)杂志在线发表了一项来自美国加州理工学院Yuki Oka教授研究团队的最新成果,能够解释这一人人都经历过的日常行为背后的细胞与脑环路基础。值得关注的是,该论文的第二作者王童彤是来自南开大学基础学科拔尖学生培养计划——伯苓学院生物伯苓班的本科生。

图1:调控两种渴觉状态的细胞基础的示意图。高渗透压口渴激活Rxfp1+神经元,动物寻求纯水以稀释血液;低血容量口渴激活Pdyn+神经元,动物同时摄入水和盐(矿物质)溶液以维持内环境稳态。

  据介绍,外周感觉系统,例如嗅觉和味觉,可以通过不同的细胞类型检测多种不同的信号。作为中枢感觉系统的大脑,可以调控至少两种类型的渴觉,虽然两种渴觉都会引起液体摄入的行为,但对溶质的偏好却截然不同,以维持内环境稳态。然而,实现特定行为的神经基础仍不清楚。

图2b:不同渴觉状态下,小鼠对纯水(灰色)和NaCl溶液(红色)的摄入量。

  该研究揭示了当体液渗透压升高时,哺乳动物会寻求纯净水以稀释血液;当因为出汗等原因流失体液时,哺乳动物又会同时寻求水和盐(矿物质)溶液以维持内环境稳态。这项工作首次阐明了大脑是如何区分并调节这两种渴觉状态的,并通过优化的单细胞转录组测序方法首次揭示了具有特定调控功能的神经元类群,进一步成功通过光遗传学方法复现了液体摄入表型,验证了神经元类群功能和行为之间的因果关系。研究结果表明中枢感觉系统存在,由不同类型细胞介导不同生理状态的这一模型。

图3b和c:SFO(上侧)和OVLT(下侧)兴奋性神经元Rxfp1、Pdyn基因表达量(蓝色),与两种渴觉状态下Fos基因的表达量(红色)。b为高渗透性口渴状态,c为低血容量口渴状态。基因表达量都经log标准化。

  王童彤是南开大学生命科学学院2016级生物伯苓班学生。本科期间,她对神经与脑科学产生了浓厚兴趣,并积极加入生科院实验室开展科研训练,积累了丰富的神经生物学知识和相关实验技能。2019年3月,在伯苓学院的资助下,王童彤赴美国加州理工学院从事科研训练。

  在美学习期间,王童彤与本论文第一作者、加州理工学院博士后Allan-Hermann Pool共同完成了所有实验操作、数据分析、绘图、文章的投稿与发表。Allan-Hermann Pool主导并完成前期单细胞转录组测序技术的优化。加州大学伯克利分校John Ngai教授实验室,合作构建了文章中重要的Rxfp1-Cre转基因鼠系。

  今年6月,王童彤圆满完成学业从南开大学毕业,并在多个美国名校全额奖学金博士offer中,选择了赴美国加州理工学院进行博士学习和深造。

  “我非常有幸能够在生科院伯苓班的资助下赴美从事科研训练,并在一年内非常幸运地获得了一些有价值的成果,感谢南开大学和加州理工学院各位老师、同学的指导和帮助。这段经历不仅充分锻炼并提升了我的科研素养,更激励我在科研道路上继续努力奋斗,希望未来能有更多有趣的发现。”王童彤说。

  2009年,南开大学首批获批国家“基础学科拔尖学生培养试验计划”,并设立数学、物理学、化学和生物学4个专业伯苓班,2010年设立伯苓学院。伯苓班旨在招收并培养对相关基础学科有浓厚兴趣的优秀学生,以小班单独建班,配备一流教师,强化国际化交流,营造一流学术氛围,注重因材施教,加强个性化培养,以造就基础好、善创新、综合素质高的基础学科学生,使他们成为具有国际竞争力的优秀创新人才。伯苓班学生在学期间,接受到高水平的科研训练,并参与发表了一批国际顶尖学术期刊论文。2016年起,南开大学将拔尖计划(伯苓班)延伸至经济学、历史学等人文社会科学领域。2020年9月,南开大学数学、物理、化学、生物、经济、历史6个拔尖学生培养基地入选教育部首批基础学科拔尖学生培养计划2.0基地名单,入选数量并列全国第二。

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