foxQ2 marks fast-acting interneurons including dopaminergic neurons of mushroom bodies and central complex in the beetle T. castaneum
本研究利用先进的成像与分子技术，在赤拟谷盗（*T. castaneum*）中证明了转录因子 foxQ2II 特异性地标记了位于蕈状体和中央复合体等高级脑中心内的、包括多巴胺能神经元在内的不同簇状快速反应非 GABA 能中间神经元。
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大脑是身体最复杂的指挥中心，是由数十亿个细胞组成的致密网络，这些细胞必须以精确的方式连接，以创造思维、运动和记忆。为了理解这样一个复杂器官是如何形成的，科学家经常转向研究昆虫，因为昆虫的大脑比脊椎动物的小且更易于研究。在这些微小的头部内，特定的区域充当着处理高级行为的处理枢纽。其中两个枢纽是负责学习和记忆的蘑菇体（mushroom bodies），以及引导导航和空间感知的中央复合体（central complex）。长期以来，研究人员知道一组特定的基因有助于构建昆虫大脑的前部，但他们并不确切知道这些基因在成年昆虫中帮助创造了什么样的神经细胞，或者这些细胞是如何连接到大脑的高级中心的。
一支研究团队现在绘制了红粉拟谷盗（red flour beetle）中的这些连接图谱，这种小型昆虫是研究大脑发育的强大模型。他们专注于一个名为 foxQ2II 的基因，该基因存在于许多动物中，但在人类和小白鼠等脊椎动物中已经丢失。在甲虫中，这个基因在早期胚胎中充当主开关，有助于定义大脑的前部。研究人员想要观察这些携带该基因的细胞在甲虫长大后会发生什么。通过使用一种特殊的遗传工具，让这些特定细胞发出绿色荧光，他们得以追踪成年大脑中成千上万个神经细胞的路径。他们发现，受该基因标记的细胞并非单一、统一的群体。相反，它们形成了九个截然不同的集群，每个集群都有其独特的形状和目的地。
最引人注目的发现是，这些细胞主要是“快速反应型”中间神经元。在神经系统的语言中，这意味着它们使用乙酰胆碱和谷氨酸等化学信号来快速传递信息，而不是使用血清素或 GABA 等较慢的信号。这表明 foxQ2II 基因有助于构建维持大脑处理中心高效运转的快速通信线路。更令人惊讶的是，研究人员发现这些细胞中有很大一部分产生多巴胺，多巴胺是一种通常与奖励和动机相关的化学物质。事实上，在发现多巴胺的特定集群中，60% 到 90% 的 foxQ2II 标记神经元都是多巴胺阳性的。然而，在观察整个甲虫大脑时，只有约 26% 的所有产生多巴胺的神经元带有 foxQ2II 标记。这直接将该基因与大脑的奖励和学习系统联系起来，而这在以前是该古老遗传因素所不具备的角色。
为了更清晰地了解这些细胞如何连接，团队开发了一种新方法，可以用不同的颜色标记单个神经元，从而能够观察到细微的布线细节。他们发现，许多这些产生多巴胺的细胞从大脑的外缘延伸到蘑菇体和中央复合体的深处。其中一些细胞似乎连接了这两个枢纽，可能允许大脑将记忆与导航结合起来，尽管研究人员指出，这种特定的连接性仍是一个需要通过单细胞分辨率工具进一步测试的假设。研究人员还注意到，虽然这些细胞在成年大脑中是活跃的，但那段使它们发光的基因有时会在昆虫成熟过程中关闭。这意味着该基因的工作不仅是构建细胞，还在于帮助决定它们在发育早期的身份，之后其他因素会接管以维持成年大脑的功能。
这项研究表明，foxQ2II 基因不仅仅是设定了头部基本布局；它还在决定成年昆虫驱动复杂行为的神经细胞类型方面发挥着关键作用。通过识别这九个集群及其特定的化学特征，研究人员提供了一份关于甲虫大脑如何为速度和学习进行布线的详细地图。这项工作扩展了我们对古老遗传工具如何被重新利用，以构建让动物能够导航世界、从经验中学习并做出决策的复杂神经回路的理解。它表明，这些高级大脑中心的蓝图在进化早期就已经确立，远在复杂的脊椎动物大脑出现之前。
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