벗초파리(Drosophila suzukii)는 베리류 작물, 체리, 포도 등에 심각한 수확량 손실을 입히는 해충이다. 잘 알려진 훈증제인 phosphine (PH3)과 ethylformate (EF)를 저온과 병합처리 하면 벗초파리의 살충효과가 상승되는데 그 원인을 규명하고자 본 연구에서는 TUNEL assay 를 이용한 apoptosis 분석과 이차원 전기영동(2DE) 및 MALDI-TOF/TOF를 통한 벗초파리 체내 단백질 변화를 분석하였다. Apoptosis 분 석 결과, 저온과 훈증제 복합 처리구, 각각의 훈증제와 저온 단독 처리구 순으로 apoptosis가 강한 경향을 보였다. 단백질 발현 분석 결과, 약 800 개의 spot이 관찰되어 그 중 가장 변화가 큰 42개의 spot을 동정한 결과, cathepsin D과 heat shock protein 83이 훈증제와 저온 복합처리군에 서 발현이 현저히 증가했다. 이러한 결과는 훈증제와 저온 복합처리에 의한 벗초파리의 살충효과 상승작용에 대한 생리학적 변화를 확인하는 중 요한 지표가 될 수 있다.

동물의 종 유지에 있어서 교미행동은 매우 중요한 위치를 차지함. 교미과정에서 수컷의 경우 모든 암컷에 대해 성행동을 보이는반면, 암컷은 가장 적절한 교미의 시기를 정하며, 적절한 수컷을 선택하고 교미행동을 보이기 때문에 암컷의 교미행동을 유도하는 과정은 생물학에서 매우 중요한 의미를 지님. 본 연구에서는 초파리 (Drosophila melanogaster) 전자현미경자료와 총신경망분석 (Connectomics)을 이용하여 초파리 뇌에서 암컷의 교미행동을 조절하는 것으로 알려진 pC1신경의 하부신경 pC1b,c가 성적 성숙과정에서 교미를 하고자 하는 욕구 (sexual drive)를 증가시키는 기능을 하는 것을 처음으로 밝힘. 본 연구에서는 처음으로 pC1b,c 신경 내의 cAMP 수준이 교미의 욕구변화를 보여주는 중요한 물질이라는 것을 밝혔고 cAMP의 수준이 오르기 위해서는 신경펩티 드인 Dh44와 그 수용체 GPCR인 Dh44R1과 Dh44R2가 필요하다는 것을 확인함. 또한 cAMP의 변화는 신경내의 CREBB를 통하여 하위 유전자인 pyx (pyrexia)의 발현을 유도한다는 것을 밝힘. 본 연구로 종 유지 메커니즘을 좀 더 이해할 수 있음.

해충에 이용되는 화학적 기피제는 생태계를 파괴할 수 있으며 내성을 가진 생물체로의 진화를 촉진한다. 같은 종의 생물끼리의 의사소통 수단인 페로몬을 이용하면 다른 종에게 영향을 미치지 않으면서 특정 곤충에 특이적 으로 작용하는 방충제를 제작할 수 있을 것이라 생각된다. 본 연구는 초파리(Drosophila)의 페로몬 2종류를 추출 하여 초파리의 기피도 및 유인도와 번식률을 확인하고자 한다. ℃, 광주기 12h/12h의 동일한 조건에서 사육하 며 10마리당 헥세인 10를 사용하여 암컷의 표피에서 CHC 페로몬과 수컷의 페로몬샘에서 cVA 페로몬을 추출 한다. 연령, 성별, 교배 여부에 따라 관찰통에 각각의 페로몬을 처리하여 지정구간에 분포하는 초파리의 수를 계수하여 기피도 및 유인도를 확인한다. 관병에 암수 1쌍을 투입하고 하루에 1번 선정한 페로몬을 투여하며 산란 수을 측정한다. 이 연구를 통해 CHC가 수컷 초파리에 대한 기피 효과가 있음을 확인하였으며 추출되는 수컷의 연령이 높을수록 cVA에 의한 번식률 감소가 크게 나타났다. 본 연구를 통해 페로몬을 통한 초파리의 방제 가능성 을 확인하였으므로 다른 곤충의 방제에도 적용할 수 있을 거라 기대한다. 페로몬은 생물 농축과 같은 환경적 영향이 없으며 소량으로 유의미한 결과를 도출했다는 점에서 의의가 있으며 상용화를 통해 해충에 의해 피해를 해결할 수 있을 것이라 기대한다.

난황형성과정(Vitellogenesis)은 발달하는 난모세포에 난황이 축적되는 과정으로, 이 과정의 개시는 알형성과정(oogenesis)을 제어하는 주 요 메커니즘이다. 곤충생리학 모델인 노랑초파리(Drosophila melanogaster)에서 난황형성과정은 성충으로 우화한 직후 시작하여 성적 성숙이 일어 나는 2-3일간 지속된다. 성숙한 난모세포가 충분히 만들어지고 성적 성숙이 종료되면, 짝짓기 후 알형성과정이 다시 시작될 때까지 난황형성과정은 멈춘다. 수컷 초파리의 정액 단백질인 성 펩타이드(Sex peptide, SP)는 짝짓기의 신호로서 알라타체(corpora allata)를 자극해 유약호르몬 (Juvenile hormone, JH) 생합성 및 분비를 유도하며, 혈림프(hemolymph) JH 농도의 증가는 난황형성과정을 자극한다. 최근 연구 결과에 따르 면, SP수용체 뉴런은 자궁 내막의 수상돌기를 통해 교미 중 정액과 함께 자궁으로 전달된 SP를 감지함으로써, 축삭돌기를 통해 중추신경계인 복부 신경절에 짝짓기 신호를 보내는데, 이러한 중추신경계 SP 신호가 JH 생합성 및 분비, 그리고 난황형성과정을 유도하는 것으로 밝혀졌다. 짝짓기 후 암컷에서의 난황형성과정은 일주기 리듬을 보이는데, 노랑초파리의 일주기 리듬은 중추 신경계 뉴런들에 의해 제어된다. 본 종설은 성적 성숙, 짝짓기 신호, 그리고 일주기 리듬에 따라 난황형성과정을 제어하는 신경 메커니즘에 관한 최근 연구 성과를 다룬다.

The increasing prevalence of obesity is associated with various metabolic diseases such as diabetes, posing significant social and economic burdens to the society. While obesity is a complex disease with multiple factors contributing to its pathophysiology, altered glucose and lipid metabolism is evident in obese patients as well as in animal models. Abnormal metabolic regulation often leads to development of insulin resistance, a hallmark of obesity-induced type 2 diabetes. In this review, we provide a brief overview of altered lipid metabolism manifested in the obese state. In addition, two representative animal models, Mus musculus and Drosophila melanogaster, are presented with experimental approaches adopted for generation and utilization of these models. More specifically, Drosophila has been widely used for studying the core physiological phenomena across phyla for decades, mostly due to the ease of handling and sophisticated genetic manipulations with conserved cell signaling pathways of reduced redundancy. Considering a significant degree of homology in Drosophila for human disease-associated genes, it poses as a versatile in vivo platform to study the pathophysiology of various human diseases. With core metabolic pathways governing energy homeostasis generally conserved, Drosophila can be used as a model for studying molecular mechanisms underlying disease phenotypes manifested in obese and diabetic patients. In this review, we discuss representative Drosophila studies that investigated the effects of dysregulated core signaling pathways on metabolic signatures of obese animals.

벗초파리기생벌인 A. japonica의 벗초파리 유충의 발육단계에 따른 기생특성과 기생당한 유충과 번데기에서 형태적인 차이를 조사하였다. 또한 A. japonica의 우화기간이 벗초파리 우화일수 보다 더 소요되는 것을 확인하였다. A. japonica는 벗초파리 유충에 효과적인 기생 및 살충 효과를 나타내었으며 벗초파리 방제를 위한 천적으로 활용이 가능할 것으로 보인다.

ATP-binding cassette (ABC) transporter는 다양한 기질을 세포 밖과 세포 안으로 수송하는 대표적인 수송단백질이다. 곤충에서 ABC transporter는 살충제에 대한 저항성을 발달시키는 중요한 역할을 한다. 현재까지 모델곤충인 초파리를 대상으로 ABC transporter의 살충제 교차저항성에 관한 연구는 많이 수행되어오지 않았다. 본 연구에서는 ABC transporter에 속하는 Mdr49A 유전자가 여섯 종류의 살충제에 보이는 교차저항성 기작을 형질전환 초파리를 이용하여 구명하였다. 초파리 91-R과 91-C 계통은 공통된 조상으로부터 유래되었으며 91-R은 60년 이상 DDT에 노출되었지만 91-C는 어떠한 살충제에도 노출되지 않고 유지되어 왔다. 91-R 계통의 MDR49A 단백질에서 유래된 3개의 아미노산 돌연변이를 형질전환 초파리에 과발현 시켰을 때 carbofuran에 대해서 2.0~6.7배 그리고 permethrin에 대해서 2.5~10.5배의 교차저항성을 나타 낸 반면 다른 약제, abamectin, imidacloprid, methoxychlor, prothiofos에 대해서는 어떠한 교차저항성도 나타내지 않았다. 이상의 결과는 Mdr49A 유전자의 과발현과 더불어 3개의 아미노산 돌연변이는 두 개 약제, carbofuran과 permethrin에 대해 교차저항성 기능을 한다고 제시하고 있다

MicroRNAs (miRNAs) are a group of small non-coding RNAs consisting of 18~24 nucleotides in length. Each miRNA is expected to bind a few hundreds of putative target mRNAs, thus inhibiting their translation into protein products mostly by degradation of targets. With its biogenesis extensively deciphered, miRNAs have been implicated in a variety of biological processes, including early development and cellular metabolism. In addition, dysregulation of miRNAs and subsequent alterations in the expression of its target molecules are thought to be linked to the pathophysiology of multiple human illnesses, including cancer. To establish the miRNA-target relationships important for developing a specific disease, it is critical to validate the putative targets of each miRNA suggested by computational methods in vivo. In this review, we will first discuss oncogenic and tumor-suppressive roles of miRNAs in human cancer and introduce computational methods to predict putative targets of miRNAs. Then, the value of Drosophila melanogaster as an alternative model system will be further discussed in studying human cancer and in validating the miRNA-target relationships in vivo. Finally, we will present a possibility of applying the mammals-to-Drosophila-to-mammals approach to study the roles of miRNAs and their targets in the pathophysiology of oral cancer, an intractable type of cancer with poor prognosis and survival rate.

초파리와 같이 유충의 영양섭취가 암컷의 먹이 선택에 달려있는 종의 경우, 암컷은 자기 자신과 자손들의 영양을모두 고려하여 먹이를 선택해야한다. 이 연구에서는 초파리가 여러 영양비율과 표면의 물리적 파임 유무의 먹이가주어졌을 때 어떤 선택을 하는지 알아보기 위한 실험을 하였다. 먼저 짝짓기를 완료한 암컷 초파리들에게 4가지P:C ratio의 먹이 선택지를 하루 동안 제공 하였다 (4:1, 1:1, 1:4, 1:16). 1:1과 1:4에서 산란양이 가장 많다는 것을확인하였다. 그런데 이 실험에서 의도치 않았던 먹이의 기포 자국에 초파리의 산란양이 집중되어 있다는 것을확인하였다. 이어진 실험에서는 먹이 표면에 3개의 줄을 그어준 먹이와 표면이 평평한 먹이를 전 실험에서 초파리들이가장 선호하던 두 가지 영양비율로 암컷 초파리들에게 하루 동안 제공하였다. 표면에 줄이 있던 먹이들의 산란양이표면이 평평한 먹이들의 산란양보다 영양 비율과 무관하게 10배 이상 많다는 것을 확인하였다.

벗초파리(Drosophila suzukii)는 아시아가 원산인 파리목 초파리과의 해충이다. 국내에서의 피해사례는 보고되지 않았지만 북미와 유럽에서는 블루베리, 체리, 포도 등의 작물에 많은 피해를 입히는 중요한 해충으로, 알자스의 포도 수확량이 15% 정도 감소되었다는 피해사례가 보고되었다. 미국, 뉴질랜드 등에 수출을 할 때 검역 해충으로 수출포도단지 및 선과장 등에서의 발생이 민감한 해충이다. 본 연구는 효율적인 초파리 모니터링을 위해 식초의 종류, 식초량에 따른 유인량을 알아보고, 수출포도단지에서의 벗초파리 발생시기를 알아보고자 수행하였다. 사과 식초 30, 70, 100ml를 넣고 초파리 유인량을 비교한 결과 유인량에는 차이가 없었다. 양조식초, 현미식초, 사과식초, 백포도식초, 사과식초+와인(5:5) 처리 결과 사과식초+와인(5:5)에서 유인량이 가장 많았다. 수출포도단지 내 재배포장에서 조사한 결과 노랑초파리는 8월에도 발견되었으나, 벗초파리는 9월 중순부터 발견되었다.

베리류의 주요 해충인 벗초파리(Drosophila suzukii)는 주로 냄새감각을 이용하여 기주식물을 찾아 과실에 산란하는 것으로 알려져 있다. 벗초파리의 안테나에는 수많은 냄새감각기(olfactory sensilla)들이 존재하며, 이들 냄새감각기들이 벗초파리의 기주탐색에 중요한 역할을 하는 것으로 판단된다. 곤충의 안테나에 존재하는 냄새감각세포들의 반응을 측정하는 GC-EAD(gas chromatography–electroantennographic detection) 기술을 사용하여 체리, 딸기, 블루베리 등에서 포집한 추출물로부터 벗초파리에 냄새활성을 나타내는 물질들을 동정하였다. 이 연구를 통하여 2-pentanol, propyl acetate, 2-ethylhexanal을 포함한 18 여개 물질들이 벗초파리의 냄새감각기에 큰 활성을 보이는 것으로 확인되었다. 본 연구 결과는 유인제 등 벗초파리의 방제에 친환경적으로 사용될 수 있는 신호화학물질(semiochemical)의 개발에 유용한 정보가 될 것으로 사료된다

각종 베리류 과실에 피해를 주는 벗초파리(Drosophila suzukii)에 있는 냄새감각기(Olfactory sensilla)들의 종류와 분포를 알아보기 위해 암, 수컷의 촉각(Antenna)과 작은턱수염(Maxillary Palpi)을 주사전자현미경(Scanning Electron Microscope)으로 관찰하였다. 직경 20–50nm의 작은 구멍(Pore)들이 표면에 존재하는 감각기(Sensilla)들을 냄새감각기 로 구분했을 때, 벗초파리의 촉각과 작은턱수염에 분포하는 많은 감각기들은 대부분이 냄새감각기로 판단되었다. 이들 냄새감각기들은 표면미세구조가 다른 귀모양감각기(Sensilla auricillica), 털감각기(Sensilla trichodea) 및 추상감각 기(Sensilla basiconica)가 대부분을 차지했으며, 감각기 종류와 분포양상은 촉각과 작은턱수염 사이에 뚜렷한 차이를 나타내어 벗초파리의 촉각과 작은턱수염은 서로 다른 냄새감각기능을 가질 것으로 생각되었다. 본 연구 결과는 벗초파리의 냄새통신을 이해하고 유인제를 개발하는데 유용한 정보를 제공할 것으로 사료된다.

Chlorantraniliprole은 diamide계통의 나비목 유충 방제제로서 기존 살충제들과는 다르게 Ryanodine Receptor (RyR)에 작용하여 Ca2+ 분비에 이상을 유도하여 치사시킨다. 하지만 반복 사용으로 일부 나비목 해충에서 RyR 유전자의 돌연변이에 의한 저항성 계통이 보고되었다. 본 연구에서는 Chlorantraniliprole 저항성 발달 기작을 초파리를 모델 곤충으로 선정하여 수행하였다. EMS 처리로 비특이적 돌연변이를 유도시킨 후, Chlorantraniliprole을 낮은 농도 (5ppm)와 높은 농도 (30ppm)에서 도태를 시작하여 2종류의 저/고도태압 저항성 계통을 확보하였다. 섭식독성 수준을 비교한 결과, 고도태압군의 저항성 수준이 대조군에 비해 약 8배 정도 높게 나타났다. 또한 RyR의 발현량과 생화학적 해독 기전의 차이를 구명한 결과, 2개의 저항성 군집은 대조군보다 전반적으로 높은 생화학적인 해독 기전의 활성화를 보여주었다. 향후 연구는 저항성 기전을 밝혀냄으로써 저항성 회피기작을 알아내는데 도움을 줄 것이다. (본 연구는 농촌진흥청 연구과제 (PJ010821032016)의 지원을 받았음)

우리나라 포도 수입국인 호주는 벗초파리(Drososphila suzukii)가 발생하지 않는 지역으로 우리나라 수출포도에 대한 관리방안을 요구하고 있는 실정이다. 이에 본 연구는 구축된 대량사육체계를 활용하여 벗초파리의 저온 사멸조건 연구를 수행하였다. 예비실험(–1, 0, 0.5, 1, 1.5 및 2℃) 결과와 수출용 포도 저장상황을 바탕으로 포도송이를 이용하여 1, 1.5 및 2℃ 등 3개 온도 하에서 저온 사멸 실험을 수행하였다. 그 결과, 알은 1℃에서 4일, 1.5 및 2℃에서는 8일 저장시 100% 사멸했으며, 유충의 경우 1℃에서는 6일, 1.5 및 2℃에서는 8일 저장시 100% 사멸했으며, 번데기의 경우 1℃에서는 6일 1.5 및 2℃에서는 8일 저장시 100% 사멸하였다. 번데기에 대해 각 반복구당 약 2,000 개체를 이용한 온도별 3반복 포도송이 이용 실험결과 역시 동일한 결과를 도출하였다. 이를 정리해보면, 3개 온도 중 1℃가 알, 유충, 번데기의 100% 사멸을 위해 가장 짧은 저장일수(4-6일)가 소요되므로 최적 단일 저장 온도는 1℃로 선정하여 현장 적용 실험을 수행하였다. 평균 1℃로 설정된 저온 컨테이너(7 ㎥)에서 6, 8, 10일간 벗초파리 유충 및 번데기가 접종된 포도송이를 저장한 결과, 6일 저장시 평균 99.6%, 8일 및 10일 저장시 100% 사충률을 나타내어 수출시 평균 1℃ 이하에서 최소 8일 이상 저장시 성충을 제외한 벗초파리를 100% 사멸할 수 있을 것으로 판단된다.

노랑초파리(Drosophila melanogaster)는 가장 연구가 많이 되어져 있는 모델동물로서 다양한 연구에 활용이 되어져 왔다. 하지만, 작물보호제에 대한 약제 저항성 모델로는 활용이 되어지지 않고 있다. 우리는 노랑초파리의 수컷에 Ethylene methane sulfonate를 처리하여 전체염색체에 돌연변이를 유도 한 후에 Chlorantraniliprole을 처리하여 약제에 대하여 저항성을 가지는 초파리 계통을 제작, 확립하였다. 저항성 계통에 대한 전체발현 유전체 분석과 micro-RNA분석을 수행하여 발현이 변화된 유전자를 밝혀내고 돌연변이 유전자를 발굴하는 연구를 수행하고 있다. 이러한 연구는 저항성 관련 기전을 밝혀내는 것과 동시에 내성에 관련된 기전을 밝혀내는데도 커다란 도움을 줄 수 있을 것이다. (본 연구는 농촌진흥청 협동연구사업 “초파리를 이용한 교차저항성 발달 모델 및 기작 구명(PJ01082103)”으로 수행되었음).

세로토닌 수용체는 세로토닌과 반응하여 세포막의 G단백질을 통해 중개단백질 (adenylyl cyclase, phospholipase C, cGMP phosphodiesterase, ion channel)을 활성화시켜, 이뇨, 기억, 발생 등의 다양한 생리적 반응에 관여한다. 곤충세포인 Schneider2 (S2)와 척추동물 세포인 Chinese hamster ovary (CHO)-Kl에서 Aedes 5-HT 수용체 유전자 발현을 비교하기 위해, Aedes 5-HT 수용체 유전자를 형질이입시켰다. 선발된 세포주들(Tr-S2, Tr-CHO)에서 세로토닌 수용체 유전자의 발현은 reverse transcription-PCR, Western blot, immunocytochemistry를 이용하여 확인하였다. 세로토닌 농도증가에 대한 Aedes 5-HT수용체의 기능을 세포 내 cAMP수준을 통해 조사한 결과,Tr-CHO 세포주는 Tr-S2 세포주보다 9배 이상 cAMP수준이 높게 나타났으며, 농도에 의존적이었다. 이 결과는 수용체 유전자가 세포에서 발현되었으나, 세포의 종류와 세포막에 존재하는 G단백질 차이에 따라 중개단백질 활성 차이가 있다는 것을 보여주었다. CHO-Kl 세포에서 Aedes 5-HT 수용체의 기능이 S2 세포보다 더 효율적이며, Aedes 5-HT 수용체를 발현하는 Tr-CHO 세포주는 동력제 또는 대립제 검정에 활용될 수 있을 것으로 기대된다. 것으로 기대된다.

Wolbachia는 몇몇 곤충류에 공생하는 세포내 공생세균으로서 수직 감염되며, 숙주의 세포질 불화합성, 단위생식, 자성화 등을 유도한다. 현재까지 알려진 Wolbachia는 비병원성이지만 돌연변이인 popcorn은 숙주인 초파리(Drosophila melanogaster)에 수직 감염되어 성충의 조직괴사와 조기 사망 등의 병원성을 나타낸다. Popcorn에 감염된 초파리는 알과 유충 발육기간이 연장되고, 번데기 기간은 단축되는 경향을 보이며, 성충의 수명이 단축되었다. 또한 비병원성 Wolbachia에 감염된 경우보다 산란율은 15%, 부화율은 80% 수준으로 감소하였고, 용화율은 67%, 우화율은 65%에 불과하였다. Popcorn과 비병원성 Wolbachia간의 교배에서 감염된 초파리는 모두 산란수의 감소와 차세대 부화율, 용화율, 우화율 등의 감소를 초래하였으며, popcorn에 감염된 초파리의 특성을 나타냈다. Wolbachia에 감염되지 않은 초파리와의 교배에서 popcorn 감염 초파리가 수컷인 경우 Wolbachia가 검출되지는 않았다. 따라서 popcorn은 초파리에서 모체 전염되지만, 세포질 분화합성은 유도하지 않으며, 초파리의 초기발육의 지연, 생식의 저하, 성충수명의 단축을 야기하는 등 병원성을 나타냈다.

Drosophila의 actin 5C 유전자 promoter에 쥐의 DNA polymerase cDNA를 도입시킨 형질전환 초파리가 고감수성 환경성 변이원 검출계로 사용할 수 있는지를 조사하였다. 체세포 염색체 재조환과 체세포 염색체 돌연변이의 검출을 위해서는 geterozygous(mwh/+) 계통을 사용하였다. 염색체상의 결실이나 비분리 등에 의한 small mwh spot의 자연 발생적 빈도는 non-transgenic w 계통과 transgenic p[pol ]-130 계통에서 각각 0.351 및 0.606 정도였다. 체세포 염색체 재조환에 의한 large mwh spot의 자연 발생적 빈도의 경우는 transgenic p[pol ]-130 계통(0.063)이 non-transgenic w 계통(0.021)에 비해 약 3배 정도 높게 나타났다. IQ, Glu-P-1 및 TEXAFB1/TEX 등의 돌연변이원의 처리에 의한 경우, 두 종류의 mutant clone의 발생 빈도는 쥐의 DNA polymerase 가 도입된 transgenic p[pol ]-130 계통이 non-transgenic w 계통에 비하여 모두 약 2-3배 정도 높게 나타났다. 본 연구의 결과는 쥐의 DNA polymerase 가 최소한 체세포 염색체 돌연변이 유발이나 체세포 염색체 재조환의 생성 과정에 관여함을 의미하며, 형질전환 초파리 계통이 환경성 변이원 검출계로서 충분한 응용가능성이 있음을 보여 주었다.