The 70th anniversary of the Laboratory of Comparative Behavioral Genetics
DOI:
https://doi.org/10.33910/2687-1270-2020-1-4-317-329Keywords:
biology and genetics of the conditioned reflex, ontogenetic adaptation, signal heredity, the concept of systemic regulation of genetic and cytogenetic processes, gene mutations, historical aspectAbstract
The article is dedicated to the 70th anniversary of the Laboratory of Comparative Behavioral Genetics of the Pavlov Institute of Physiology. For 70 years, the laboratory has repeatedly changed its name: Laboratory of Unconditioned Reflexes Rearrangement (1 August 1950); Laboratory of Lower Animals Physiology, and finally, from 1965 to date, Laboratory of Comparative Behavioral Genetics. The laboratory heads — M. E. Lobashev and V. V. Ponomarenko — elaborated the Pavlov’s paradigm of biology and genetics of the conditioned reflex. They displayed the new significance of conditioned reflex mechanism in a range of areas: the integration and coordination of cellular and tissue differentiation; the ontogenetic adaptation to extreme environmental factors preventing an organism from elimination by natural selection; the signal heredity and the transfer of individual experience between generations of living creatures. The research at the laboratory focuses on systemic neuroendocrine regulation of genetic and cytogenetic processes. It highlights the special role of the nervous system state (according to I. P. Pavlov — level of excitability, tone) in gene expression regarding behavioral traits. Gene expression relies on a feedback mechanism which analyses the current needs of an organism, external conditions and individual experience. Another area of research is the usage of homologous genes mutations in different animals at different branches of a phylogenetic tree with an aim to explore endogenous neuroactive compounds — kynurenines. Chemical mutagenesis allowed to produce the cAMP metabolism gene mutations (E. V. Savvateeva, N. G. Kamyshev). Finally, P-insertional mutagenesis conducted by the laboratory allowed to identify and study new genes controlling cognitive and motor activity. For this purpose, the laboratory developed a modern instrumental molecular genetic base, its own software (N. G. Kamyshev), and a fully automatic registration of insect behavior.
References
ЛИТЕРАТУРА
Брагина, Ю. В., Камышев, Н. Г. (2001) Сравнительное изучение четырех Р-инсерционных мутантов дрозофилы с дефектами памяти. Российский физиолиологический журнал им. И. М. Сеченова, т. 87, № 6, с. 801–809. PMID: 11534206.
Вайдо, А. И., Дюжикова, Н. А., Ширяева, Н. В. и др. (2009) Системный контроль молекулярно-клеточных и эпигенетических механизмов долгосрочных последствий стресса. Генетика, т. 45, № 3, с. 342–348.
Вайдо, А. И., Ширяева, Н. В., Павлова, М. Б. и др. (2018) Селектированные линии крыс с высоким и низким порогом возбудимости: модель для изучения дезадаптивных состояний, зависимых от уровня возбудимости нервной системы. Лабораторные животные для научных исследований, № 3, c. 12–22. DOI: 10.29296/2618723X-2018-03-02
Воскресенская, А. К. (1957) О роли грибовидных тел надглоточного ганглия в условных рефлексах медоносной пчелы. Доклады Академии наук СССР, т. 112, c. 964–967.
Гончарова, А. А., Брагина, Ю. В., Федотов, С. А., Камышев, Н. Г. (2016) Влияние группового содержания на половое поведение самцов Drosophila melanogaster. Журнал эволюционной биохимии и физиологии, т. 52, № 6, с. 405–412.
Дойдж, Н. (2010) Пластичность мозга: потрясающие факты о том, как мысли способны менять структуру и функции нашего мозга. М.: ЭКСМО, 544 c.
Дюжикова, Н. А., Даев, Е. В. (2018) Геном и стресс-реакция у животных и человека. Экологическая генетика, т. 16, № 1, с. 4–26. DOI: 10.17816/ecogen1614-26
Дюжикова, Н. А., Скоморохова, Е. Б., Вайдо, А. И. (2015) Эпигенетические механизмы формирования постстрессорных состояний. Успехи физиологических наук, т. 46, № 1, с. 47–75.
Камышев, Н. Г., Илиади, К. Г., Брагина, Ю. В. и др. (1999) Выявление мутантов дрозофилы, проявляющих дефекты памяти после выработки условнорефлекторного подавления ухаживания. Российский физиологический журнал им. И. М. Сеченова, т. 85, № 1, с. 84–92.
Камышев, Н. Г., Камышева, Е. А., Смирнова, Г. П. и др. (1994) Взаимообучение особей дрозофилы в групповой ситуации методом проб и ошибок. Журнал общей биологии, т. 55, № 6, с. 737–747.
Камышев, Н. Г., Смирнова, Г. П., Камышева, Е. А. и др. (2000) Пластичность социального поведения у дрозофилы. Российский физиологический журнал им. И. М. Сеченова, т. 86, № 11, с. 1426–1434. PMID: 11195209.
Камышев, Н. Г., Смирнова, Г. П., Пономаренко, В. В. (1988) Влияние мутаций, блокирующих последовательные этапы метаболического пути триптофан-ксантомматин, на двигательную активность Drosophila melanogaster. Журнал общей биологии, т. 49, № 4, с. 501–511.
Лапин, И. П. (2004) Стресс, тревога, депрессия, алкоголизм, эпилепсия (нейрокинурениновые механизмы и новые подходы к лечению). СПб.: Изд-во ДЕАН, 224 с.
Лобашев, М. Е. (1946) О природе действия внешних условий на динамику мутационного процесса. Тезисы диссертации на соискание ученой степени доктора биологических наук. Л.: ЛГУ, 3 с.
Лобашев, М. Е. (1947) Физиологическая (паранекротическая) гипотеза мутационного процесса. Вестник Ленинградского университета, № 8, с. 10–29.
Лобашев, М. Е. (1960) О параллельных-аналогичных и гомологичных рядах развития свойств высшей нервной деятельности в филогенезе животных. В кн.: Материалы 2-го научного совещания, посвященного памяти Л. А. Орбели. М.; Л.: Изд-во АН СССР, с. 16–23.
Лобашев, М. Е. (1961) Сигнальная наследственность. В кн.: Исследования по генетике. Вып. 1. Л.: Изд-во ЛГУ, с. 3–11.
Лобашев, М. Е. (1964) О проблеме эволюции временной связи. В кн.: Эволюция временных связей: материалы симпозиума. Сухуми: Алашари, c. 7–9.
Лобашев, М. Е., Савватеев, В. Б. (1959) Физиология суточного ритма животных. Л.: Изд-во АН СССР, 258 с.
Лопатина, Н. Г. (1975) Сигнальная деятельность в семье медоносной пчелы. Л.: Наука, 271 с.
Лопатина, Н. Г., Зачепило, Т. Г., Чеснокова, Е. Г., Савватеева-Попова, Е. В. (2007) Мутации структурных генов ферментов метаболизма триптофана по кинурениновому пути в модуляции звеньев сигнального каскада — рецепторы глутамата-актин цитоскелета. Генетика, т. 43, № 10, с. 1396–1401.
Лопатина, Н. Г., Пономаренко, В. В. (1987) Исследование генетических основ высшей нервной деятельности. В кн.: А. С. Батуев (ред.). Физиология поведения. Нейробиологические закономерности. Л.: Наука, с. 9–59.
Лопатина, Н. Г., Пономаренко, В. В., Чеснокова, Е. Г. (1989) Нейроактивность кинуренина и его дериватов как наследственно-обусловленных факторов риска невротической патологии. В кн.: В. В. Захаржевский, Н. Ф. Суворов (ред.). Неврозы. Экспериментальные и клинические исследования. Л.: Наука, с. 7–21.
Лопатина, Н. Г., Чеснокова, Е. Г., Смирнов, В. Б. и др. (2004) Кинурениновый путь обмена триптофана и его значение в нейрофизиологии насекомых. Энтомологическое обозрение, т. 83, № 1, с. 3–22.
Мазохин-Поршняков, Г. А. (1965) Зрение насекомых. М.: Наука, 264 с.
Молотова (Беседина), Н. Г., Илиади, Н. Н., Брагина, Ю. В. и др. (2009) Новые мутации, нарушающие память у дрозофилы: поведенческая характеристика P-инсерционного мутанта по локусу Ent2. Генетика, т. 45, № 1, с. 50–58.
Насонов, Д. Н., Александров, В. Я. (1940) Реакция живого вещества на внешние воздействия: Денатурацион. Теория повреждения и раздражения. М.: Изд-во АН СССР, 252 с.
Павлов, И. П. (1951) Полное собрание сочинений: в 6 т. Т. 3: в 2 кн. 2-е изд. Л.: Изд-во АН ССС, 439 с.
Пономаренко, В. В. (1976) Генетика поведения. В кн.: М. Е. Лобашев, С. Г. Инге-Вечтомов (ред.). Физиологическая генетика. Л.: Медицина, с. 350–381.
Савватеева-Попова, Е. В., Переслени, А. И., Шарагина, Л. М. и др. (2002) Комплексное изучение мутантов дрозофилы по локусу agnostic: модель для сопряжения нарушений архитектуры генома и когнитивных функций. Журнал эволюционной биохимии и физиологии, т. 38, № 6, с. 557–577.
Fedotov, S. A., Besedina, N. G., Bragina, J. V. et al. (2019) Over-expression of isoform B of Dgp-1 gene enhances locomotor activity in senescent Drosophila males and under heat stress. Journal of Comparative Physiology A, vol. 205, no. 6, pp. 897–910. DOI: 10.1007/s00359-019-01378-6
Fedotov, S. A., Bragina, J. V., Besedina, N. G. et al. (2018) Gene CG15630 (fipi) is involved in regulation of the interpulse interval in Drosophila courtship song. Journal of Neurogenetics, vol. 32, no. 1, pp. 15–26. DOI: 10.1080/01677063.2017.1405000
Howard, S. R., Avarguès-Weber, A., Garcia, J. E. et al. (2019) Аchieving arithmetic learning in honeybees and examining how individuals learn. Communicative & Integrative Biology, vol. 12, no. 1, рp. 166–170. DOI: 10.1080/19420889.2019.1678452
Kamyshev, N. G., Iliadi, K. G., Bragina, J. V. (1999) Drosophila conditioned courtship: Two ways of testing memory. Learning & Memory, vol. 6, no. 1, pp. 1–20. PMID: 10355520.
Kamyshev, N. G., Iliadi, K. G., Bragina, J. V. et al. (2002) Novel memory mutants in Drosophila: Behavioral characteristics of the mutant nemyP153. BMC Neuroscience, vol. 3, article 9. DOI: 10.1186/1471-2202-3-9
REFERENCES
Bragina, Yu. V., Kamyshev, N. G. (2001) Sravnitel’noe izuchenie chetyrekh R-insertsionnykh mutantov drozofily s defektami pamyati [Comparative study of four P-insertional memory-deficient Drosophila mutants]. Rossiyskij fiziologicheskij zhurnal imeni I. M. Sechenova — Russian Journal of Physiology, vol. 87, no. 6, pp. 801–809. PMID: 11534206. (In Russian)
Doidge, N. (2010) The brain that changes itself: Stories of personal triumph from the frontiers of brain science. Moscow: EKSMO Publ., 544 p. (In Russian)
Dyuzhikova, N. A., Daev, E. V. (2018) Genom i stress-reaktsiya u zhivotnykh i cheloveka [Genome and stress-reaction in animals and humans]. Ekologicheskaya genetika — Ecological Genetics, vol. 16, no. 1, pp. 4–26. DOI: 10.17816/ecogen1614-26 (In Russian)
Dyuzhikova, N. A., Skomorokhova, E. B., Vaido, A. I. (2015) Epigeneticheskiye mekhanismy poststressornykh sostoyanij [Epigenetic mechanisms in post-stress states]. Uspekhi fiziologicheskikh nauk, vol. 46, no. 1, pp. 47–75. (In Russian)
Fedotov, S. A., Besedina, N. G., Bragina, J. V. et al. (2019) Over-expression of isoform B of Dgp-1 gene enhances locomotor activity in senescent Drosophila males and under heat stress. Journal of Comparative Physiology A, vol. 205, no. 6, pp. 897–910. DOI: 10.1007/s00359-019-01378-6 (In English)
Fedotov, S. A., Bragina, J. V., Besedina, N. G. et al. (2018) Gene CG15630 (fipi) is involved in regulation of the interpulse interval in Drosophila courtship song. Journal of Neurogenetics, vol. 32, no. 1, pp. 15–26. DOI: 10.1080/01677063.2017.1405000 (In English)
Goncharova, A. A., Bragina, Yu. V., Fedotov, S. A., Kamyshev, N. G. (2016) Vliyaniye gruppovogo soderzhaniya na polovoe povedenie samtsov Drosophila melanogaster [Influence of group rearing on sexual behavior of Drosophila melanogaster males]. Zhurnal evolyutsionnoj biokhimii i fiziologii — Journal of Evolutionary Biochemistry and Physiology, vol. 52, no. 6, pp. 405–412. (In Russian)
Howard, S. R., Avarguès-Weber, A., Garcia, J. E. et al. (2019) Аchieving arithmetic learning in honeybees and examining how individuals learn. Communicative & Integrative Biology, vol. 12, no. 1, рp. 166–170. DOI: 10.1080/19420889.2019.1678452 (In English)
Kamyshev, N. G., Iliadi, K. G., Bragina, J. V. (1999) Drosophila conditioned courtship: Two ways of testing memory. Learning & Memory, vol. 6, no. 1, pp. 1–20. PMID: 10355520. (In English)
Kamyshev, N. G., Iliadi, K. G., Bragina, J. V. et al. (2002) Novel memory mutants in Drosophila: Behavioral characteristics of the mutant nemyP153. BMC Neuroscience, vol. 3, article 9. DOI: 10.1186/1471-2202-3-9 (In English)
Kamyshev, N. G., Iliadi, K. G., Bragina, Yu. V. et al. (1999) Vyyavlenie mutantov drozofily, proyavlyayushchikh defekty pamyati posle vyrabotki uslovnoreflektornogo podavleniya ukhazhivaniya [Isolating Drosophila mutants deficient in memory in the conditioned courtship suppression paradigm]. Rossiyskij fiziologicheskij zhurnal imeni I. M. Sechenova — Russian Journal of Physiology, vol. 85, no. 1, pp. 84–92. (In Russian)
Kamyshev, N. G., Kamysheva, E. A., Smirnova, G. P. et al. (1994) Vzaimoobuchenie osobej drozofily v gruppovoj situatsii metodom prob i oshibok [The reciprocal training of Drosophila individuals in a group situation by the trial-and-error method]. Zhurnal obshej biologii — Journal of General Biology, vol. 55, no. 6, pp. 737–747. (In Russian)
Kamyshev, N. G., Smirnova, G. P., Kamysheva, E. A. et al. (2000) Plastichnost’ sotsial’nogo povedeniya u Drosophila [Plasticity of the social behavior in Drosophila]. Rossiyskij fiziologicheskij zhurnal imeni I. M. Sechenova — Russian Journal of Physiology, vol. 86, no. 11, pp. 1426–1434. PMID: 11195209. (In Russian)
Kamyshev, N. G., Smirnova, G. P., Ponomarenko, V. V. (1988) Vliyanie mutatsij, blokiruyushchikh posledovatel’nye etapy metabolicheskogo puti triptofan-ksantommatin, na dvigatel’nuyu aktivnost’ Drosophila melanogaster [Influence of mutations blocking successive stages of tryptophan-xanthommatin metabolic pathway on locomotor activity of Drosophila melanogaster]. Zhurnal obshej biologii — Journal of General Biology, vol. 49, no. 4, pp. 501–511. (In Russian)
Lapin, I. P. (2004) Stress, trevoga, depressiya, alkogolism, epilepsiya (nejrokinureninovye mekhanizmy i novye podkhody k lecheniyu) [Stress, anxiety, depression, alcoholism, epilepsy (neurokinurenine mechanisms and new approaches to treatment)]. Saint Petersburg: DEAN Publ., 224 p. (In Russian)
Lobashev, M. E. (1946) О pripode deystvija vneshnikh uslovij na dinamiku mutattsionnogo protsessa [On the nature of the action of external conditions on the dynamics of a mutation process]. Thesis for PhD dissertation (Biology). Leningrad, Leningrad State University, 3 р. (In Russian)
Lobashev, M. E. (1947) Fiziologicheskaya (paranekroticheskaya) gipoteza mutatsionnogo protsessa [The physiological (paranecrotic) hypothesis of the mutational process]. Vestnik Leningradskogo universiteta, no. 8, pp. 10–29. (In Russian)
Lobashev, M. E. (1960) O parallel’nykh-analogichnykh i gomologichnykh ryadakh razvitiya osnovnykh svojstv vysshej nervnoj deyatel’nosti v filogeneze zhivotnykh [On parallel-analogous and homologous series of development of the properties of higher nervous activity in animal phylogenesis]. In: Materialy 2-go nauchnogo soveshchaniya, posvyashchennogo pamyati L. A. Orbeli [Proceedings of the 2nd scientific meeting dedicated to the memory of L. A. Orbeli]. Moscow; Leningrad: USSR Academy of Sciences Publ., pp. 16–23. (In Russian)
Lobashev, M. E. (1961) Signal’naya nasledstvennost’ [Signal heredity]. In: Issledovaniya po genetike [Genetics studies]. Iss. 1. Leningrad: Leningrad State University Publ., pp. 3–11. (In Russian)
Lobashev, M. E. (1964) O probleme evolyutsii vremennoj svyazi [On the problem of the evolution of a temporary connection]. In: Evolyutsiya vremennykh svyazej: Materialy simpoziuma [The evolution of temporary relations: Proceedings of a symposium]. Sukhumi: Alashari Publ., pp. 7–9. (In Russian)
Lobashev, M. E., Savvateev, V. B. (1959) Fisiologiya sutochnogo ritma zhivotnih [Physiology of the circadian rhythm of animals]. Leningrad: USSR Academy of Sciences Publ., 258 p. (In Russian)
Lopatina, N. G. (1975) Signal’naya deyatel’nost’ v sem’ye medonosnoj pchely [Signal activity in the honey bee colony]. Leningrad: Nauka Publ., 271 p. (In Russian)
Lopatina, N. G., Chesnokova, E. V., Smirnov, V. B. et al. (2004) Kinureninovyj put’ obmena triptofana i ego znachenie v nejrofiziologii nasekomykh [Kynurenine pathway of tryptophan metabolism and its significance in neurophysiology of insects]. Entomologicheskoe obozrenie — Entomological Review, vol. 83, no. 1, pp. 3–22. (In Russian)
Lopatina, N. G., Ponomarenko, V. V. (1987) Issledovanie geneticheskikh osnov vysshej nervnoj deyatel’nosti [ Study of the genetic basis of higher nervous activity]. In: A. S. Batuev (ed.). Fiziologiya povedeniya. Nejrobiologicheskie zakonomernosti [Physiology of behavior. Neurobiological regularities]. Leningrad: Nauka Publ., pp. 9–59. (In Russian)
Lopatina, N. G., Ponomarenko, V. V., Chesnokova, E. G. (1989) Nejroaktivnost’ kinurenina i ego derivatov kak nasledstvenno-obuslovlennykh faktorov riska nevroticheskoj patologii [Neuroactivity of kinurenine and its derivatives as hereditary-related risk factors for neurotic pathology]. In: V. V. Zakharzhevskij, N. F. Suvorov (eds.). Nevrozy. Eksperimental’nye i klinicheskie issledovaniya [Neuroses. Experimental and clinical studies]. Leningrad: Nauka Publ., pp. 7–21. (In Russian)
Lopatina, N. G., Zachepilo, T. G., Chesnokova, E. G., Savvateeva-Popova, E. V. (2007) Mutatsii strukturnykh genov fermentov metabolizma triptofana po kinureninovomu puti v modulyatsii zven’ev signal’nogo kaskada — retseptory glutamata-aktin tsitoskeleta [Mutations in structural genes of tryptophan metabolic enzymes of the kynurenine pathway modulate some units of the l-glutamate receptor-actin cytoskeleton signaling cascade]. Genetika — Russian Journal of Genetics, vol. 43, no. 10, pp. 1396–1401. (In Russian)
Masokhin-Porshnyakov, G. A. (1965) Zrenie nasekomykh [Vision of insects]. Moscow: Nauka Publ., 264 p. (In Russian)
Molotova (Besedina), N. G., Iliadi, N. N., Bragina, J. V. et al. (2009) Novye mutatsii, narushayushchie pamyat’ u drozofily: povedencheskaya kharakteristika P-insertsionnogo mutanta po lokusu Ent2 [Novel memory mutants in drosophila: Behavioral characteristics of the p-insertional mutant Ent2]. Genetika — Russian Journal of Genetics, vol. 45, no. 1, pp. 50–58. (In Russian)
Nasonov, D. N., Alexandrov, V. Ya. (1940) Reaktsiya zhivogo veshchestva na vneshnie vozdejstviya: Denaturatsion. Teoriya povrezhdeniya i razdrazheniya [Reaction of living matter to external influences: Denaturation. Theory of damage and irritation]. Moscow: USSR Academy of Sciences Publ., 252 p. (In Russian)
Pavlov, I. P. (1951) Polnoe sobranie sochineniy [Full composition of writings]: In 6 vols. Vol. 3: In 2 books. 2nd ed. Leningrad: USSR Academy of Sciences Publ., 439 p. (In Russian)
Ponomarenko, V. V. (1976) Genetika povedeniya [Genetics of behavior]. In: M. E. Lobashev, S. G. Inge-Vechtomov (eds.). Fiziologicheskaya genetika [Physiological genetics]. Leningrad: Meditsina Publ., pp. 350–381. (In Russian)
Savvateeva-Popova, E. V., Peresleni, A. I., Scharagina, L. M. et al. (2002) Kompleksnoe izuchenie mutantov drozofily po lokusu agnostic: model’ dlya sopryazheniya narushenij arkhitektury genoma i kognitivnykh funktsij [Complex study of Drosophila mutants in the agnostic locus: Model for connecting chromosomal architecture and cognitive functions]. Journal evoljutsionnoj biokhimii i fiziologii — Journal of Evolutionary Biochemistry and Physiology, vol. 38, no. 6, pp. 557–577. (In Russian)
Vaido, A. I., Dyuzhikova, N. A., Shiryaeva, N. V. et al. (2009) Sistemnyj kontrol’ molekulyarno-kletochnykh i epigeneticheskikh mekhanizmov dolgosrochnykh posledstvij stressa [Systemic control of the molecular, cell, and epigenetic mechanisms of long-lasting consequences of stress]. Genetika — Russian Journal of Genetics, vol. 45, no. 3, pp. 342–348. (In Russian)
Vaido, A. I., Shiryaeva, N. V., Pavlova, M. B. et al. (2018) Selektirovannye linii krys s vysokim i nizkim porogom vozbudimosti: model’ dlya izucheniya dezadaptivnykh sostoyanij, zavisimykh ot urovnya vozbudimosti nervnoj sistemy [Selected rat strains HT, LT as a model for the study of dysadaptation states dependent on the level of excitability of the nervous system]. Laboratornye zhivotnye dlya nauchnykh issledovanij — Laboratory Animals for Science, no. 3, pp. 12–22. DOI: 10.29296/2618723X-2018-03-02 (In Russian)
Voskresenskaya, A. K. (1957) O roli gribovidnykh tel nadglotochnogo gangliya v uslovnykh refleksakh medonosnoj pchely [On the role of the mushroom bodies of the supopharyngeal ganglion in conditioned reflexes of a honey bee]. Doklady Akademii nauk SSSR, vol. 112, pp. 964–967. (In Russian)
Downloads
Published
Issue
Section
License
Copyright (c) 2020 Nina G. Lopatina, Nikolai G. Kamyshev
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.
The work is provided under the terms of the Public Offer and of Creative Commons public license Attribution-NonCommercial 4.0 International (CC BY-NC 4.0). This license allows an unlimited number of persons to reproduce and share the Licensed Material in all media and formats. Any use of the Licensed Material shall contain an identification of its Creator(s) and must be for non-commercial purposes only.
