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我们展示了一种分析影响果蝇黑腹果蝇交配行为的环境和遗传线索的测定方法。
个人的性行为受基因型,经验和环境条件的影响。这些因素如何相互作用来调节性行为仍然很少了解。在黑腹果蝇中 ,环境线索(如食物供应)影响交配活动,提供易处理系统来调查调控性行为的机制。在黑腹果蝇中 ,环境线索通常通过化学感觉味觉和嗅觉系统感觉到。在这里,我们提出了一种测试环境化学物质对交配行为的影响的方法。该测定由含有食物介质和交配对的小交配竞技场组成。连续监测每对夫妇的交配频率24小时。在这里,我们介绍了该测定法通过加压空气系统从外部来源测试环境化合物的适用性,以及直接在交配领域操纵环境成分。你加压空气系统对于测试非常易挥发的化合物的影响是特别有用的,而直接在配合领域操作组分可以有助于确定化合物的存在。该测定可以适应于关于遗传和环境线索对交配行为和繁殖力以及其他男性和女性生殖行为的影响的问题。
生殖行为通常具有高能量成本,特别是对于产生比男性更大的配子的女性,并且必须仔细选择条件来提高其发育后代。由于能源成本,繁殖与营养条件相关并不奇怪。这是真正的大多数,如果不是所有的动物包括哺乳动物,其可以青春期营养不良,且其性欲可通过食物,限制1的负面影响被推迟。
遗传模式生物体黑腹果蝇的繁殖也受营养条件的影响。男性法院在食物挥发2的存在较高的水平,并且女性更性酵母,鸡蛋的生产和后代存活3,4,5的主要营养素的存在接受。这个对食物的进化保守的生殖反应提供了机会,研究将环境食物可利用性与有遗传易感性和时效性生物体中的有性繁殖联系起来的机制。事实上,在果蝇的工作有牵连胰岛素通路作为食物和交配行为6之间连接的重要调节器。它也表明,交配行为本身改变女性的食品的偏好以及相关联的神经元化学感应7,8,9。
很明显,食物线索影响黑腹果蝇的生殖行为。这些影响似乎主要影响女性,特别是那些已经交配过的人5 。然而,为了测试环境条件的这些急性效应,经典地用于雌性交配行为的测定法可能会由于交配事件之间的长时间中断,不太适合。在经典的重建测定中,一个处女女性首先与男性交配,并立即分离出来,并在24到48小时后呈现了一个新的男性。此经典测定法已被用于取得了巨大成功,以确定修改的女性行为和阴响应12,13,14,15,16,17,18阳射精的组件。因此,这里证实的连续交配测定是经典交配测定法的补充,可用于研究环境条件对生殖行为的急性影响。
使用这里说明的交配行为的连续测定,我们以前表明,一对暴露于酵母的苍蝇会恢复在24小时观察期5,19,20,21 everal倍,而苍蝇不暴露于食品只会remate一次5。这一发现可在指示女性不初始交配后remate数天的黑腹果蝇文献的大部分的光被令人费解的(参考文献10综述,11)。然而,这种差异可以通过测定条件容易地解释,其中在提供新的交配机会之前女性被隔离一至几天。如果在这个小时长的观察期间该对不配合,那么女性的特征就是不接受。此外,由于来自野生捕蝇的数据显示,女性在其存储器官中含有4至6名男性的精子,所以交配频率高不应该是令人惊讶的。因此在dicating,女性自然remate几次22,23。
在这里,我们展示了使用这种连续交配测定来揭示苍蝇如何收集和组合关于环境条件的信息来调节交配频率。该测定允许测试相对大量的交配对进行遗传研究并测试挥发性和非挥发性环境线索的影响。该测定通常运行24小时,但可以延长至48小时,允许测试循环环境线索,例如光暗(LD)循环。我们通过测试来自加压空气系统中的酵母培养物的挥发性线索的影响与食品基质中非挥发性酵母营养物的可用性的结合来证明该测定。
加压空气系统将挥发性线索连续地泵入包含的配合场地sa食物底物和一对测试夫妇(其交配行为被监控)。为了进一步确定酵母影响交配的细节,我们测试酵母的主要挥发性化合物,即乙酸24 ,与蛋白胨(氨基酸)形式的与食品底物中酵母相当的氨基酸含量衍生自动物蛋白酶消化的酸)。这些实验一起证明了可以通过该测定来测试环境线索对黑腹果蝇交配行为的影响。
环保接头盒
飞行收集和收集
食物中准备
马丁g竞技场准备
酵母菌气味
6.气泵装置
7.配合行为的监控
使用这种连续测定,可以在实验环境条件下确定具体的交配行为和交配频率。为了控制环境条件,我们将不锈钢厨柜改造成具有自己的光源和扩散的测试区域,确保了高度丰富的光线和从配套场地顶部的最少量的眩光( 图1A ) 。内部测试区域完全由不锈钢和玻璃包裹,可以用有机溶剂如己烷或乙醇清洗。此外,机柜配备有用作管道入口的孔,从加压空气系统引出挥发性提示( 见图1A和1B )。经酵母气味调节的加压空气系统由通过液体酵母培养物引导的气流组成,通过4个移液器分流器进入测试场,每个10个插座( 图1C )。整个系统是气密的,并且在进入酵母培养之前和之后都配有几个颗粒过滤器,以使混合气味的污染最小化( 图1B )。
为了证明该测定的使用,我们测试了来自酵母培养物的挥发性线索是否可以影响交配行为。将空气鼓泡通过液体酵母培养24小时,并将空气出口放置在每个配合竞技场的入口处(参见图2A )。一半的交配场包含飞扬食物与酵母(食物+酵母),另一半包含没有酵母的飞食(食物 - 酵母)。将野生型雄性和雌性暴露于来自外部酵母培养物的气味,并记录它们的交配频率。为了确定哪些变量需要解释绘图结果,我们运行混合效果模型,包括或排除食物介质的自变量,酵母空气和两者的相互作用。 图2B中的数据最好由包括食物介质(p = 0.001)和酵母空气(p = 0.061)的独立变量的模型表示,但是没有解释相互作用效应。即使酵母空气变量在这个完整的数据集中不重要,因此有必要解释结果。分析用于食物介质的酵母空气分析表明,当食物介质中没有酵母存在时,交配对对酵母的气味不起作用(空气:p = 0.992),但是当酵母为酵母时,它们确实增加了酵母空气中的交配频率也添加到食物介质中(空气:p = 0.018)。一起,这些结果表明加压空气系统适用于测试环境气味与食物介质条件相结合的影响。
我们还说明加压空气系统如何可以通过通过将环境化学指示直接添加到测试场所中。为了证明哪种特定的酵母化合物影响交配频率,我们测试了通过将与酵母提供的氨基酸相对应的一定剂量的蛋白胨(水解蛋白质)放置在琼脂中来测试酵母的氨基酸含量对其交配效果是必需的假说衬底衬在交配竞技场。我们还测试了乙酸(酵母的主要挥发性发酵产物之一)的必要性,以增加交配频率。这通过直接向食物介质中加入乙酸来进行。在含有琼脂或琼脂的培养基中,在食品介质中直接使用或不用乙酸,在蛋白胨中测试野生型雄性和雌性( 图3B )。这使得食物介质非常简单,环境恶劣;因此,与图2B相比,平均交配频率也降低。 图3B中的数据最好由包括该模型的模型表示食物介质的自变量(p = 0.002),乙酸空气(p = 0.001)和两者的相互作用(p = 0.022)。女性接受度随着乙酸的存在而增加,但仅在蛋白胨存在于培养基中的情况下才会增加。这表明苍蝇需要同时感测氨基酸和乙酸以增加它们的交配频率( 图3B )。这表明将恶臭化合物直接添加到测试场中可以影响交配行为,并且可以在非常简单的环境条件下检测这些影响。
图1:实验箱和加压空气系统与酵母的图。 ( A )第1节所述的环境控制配合箱的示意图。注释号码和箭头的描述:1.带有铝的灯板白色和红色的灯光;小风扇3层滤纸,每层由两张滤纸组成; 4.玻璃扩散板搁置在附在盒子3侧的支架上;大风扇6.管道和电缆孔;实验区;大箭头,50厘米到玻璃板;中间箭头,电缆孔35厘米高;和小箭头,7厘米高的管孔。 ( B )如第5节,第6.4节和第6.5节所述,具有气流的液体酵母培养物的示意图。注释号码说明:1.一次性过滤器单元; 2.带有硅胶隔板和外出和入口的盖子;液体介质和玻璃管玻璃纤维。 ( C )第6.7节所述的出风口示意图。注释数字说明:1.血清移液管; 2.从1 mL注射器切断管,3.000μL移液管吸头。target ="_ blank">请点击此处查看此图的较大版本。
图2:酵母在食物基质中酵母存在时增加了女性的接受度。 ( A )具有一个雄性和一个雌性的配对竞技场的示意图,以及图1C中的空气出口的移液管尖端通过入口孔进入。 ( B )在飞行食物介质(食物 - 酵母:中等空气n = 12,酵母空气n = 13和食物+酵母)中, Canton-S交配对的酵母气味与酵母气味的交配频率的反应的图形呈现:中等空气n = 24,酵母空气n = 23)。具有SEM误差条的线图和混合效应模型的统计输出,空气为独立变量,日期为每个食物介质的随机变量。主要统计包括食物(p = 0.001)和酵母空气(p = 0.061)。参考文献5 。 请点击此处查看此图的较大版本。
图3:飞行食品基质中的乙酸在蛋白胨存在下增加了女性的接受性。 ( A )配合竞技场的示意图,含有乙酸的飞行食物介质和封闭入口孔的塑料石蜡膜塞子。 ( B )在琼脂或蛋白胨培养基(琼脂:乙酸n = 52,+乙酸n = 40,蛋白胨: - 乙酸)上,根据乙酸响应Canton-S交配对的交配频率的图示n = 28,+乙酸n = 25)。线图与SEM误差条和stati食物介质(p = 0.002),乙酸空气(p = 0.001)和食物*空气(p = 0.022)作为自变量的混合效应模型的稳定输出,作为随机变量的日期。参考文献5 。 请点击此处查看此图的较大版本。
该协议描述了在24小时内测试交配行为的测定,同时连续控制耦合对被假设用于确定交配频率的环境线索。当培养基含有酵母时,可以响应于通过加压空气系统输送的酵母空气来增加交配频率( 图2B )。另外,用介质中仅含有琼脂,蛋白胨和乙酸气味的简化食品介质可以观察到交配频率中的类似反应( 图3B )
通过这里展示的实验,只能对夫妻的一般交配行为得出结论,因为两性都暴露在相同的环境条件下。然而,我们从以前的研究中知道,47%的交配频率变化取决于女性,而男性贡献仅占变异的11%20 。因此,观察到的交配频率的大部分变化可能是女性接受性的结果。增加的男性求爱仍然使女性接受或拒绝交配,因为成年人黑腹果蝇女性可以成功地偏转交配尝试29 。为了得出坚定的结论,并且特别地将交配频率的差异归因于女性性接受度,有必要测试其他匹配夫妇,其中女性的基因型变化,而男性的基因型保持不变。
该方案已经证明了将气味化合物递送到配对对的两种方法,无论是加压空气系统还是直接进入食物介质。加压空气系统具有以下优点:任何效果都可以归因于通过空气输送的化合物,而当化合物直接放入食物介质中时不能得出结论。另一方面,w母鸡没有发现加压空气系统的影响,它并不意味着提示不会影响行为。也可能意味着化合物不能通过加压空气系统有效输送。可以通过放置烃过滤器并用气相色谱与质谱法分析被捕获的空气含量来分析空气输送系统出口处的空气的组成。加压空气系统是一种很好的测试方法,用于测试可以容易地在较长的范围内空气传播的化合物。较不易挥发的化合物可能必须直接放入食物介质中。加压空气系统的另一个缺点是空气速度对飞行行为具有的影响。空气速度太高时(高于0.7-1.6米/秒),飞行停止移动30 。此外,加压空气系统可以通过干燥食物介质而使简单,低质量的环境变得难以忍受。在这两种情况下,苍蝇都可能没有orm同样好,然后不能将所得结论归因于所测试的具体化合物。
在准备这些测定的最佳运行期间,几个步骤是必不可少的。需要注意的第一步是准备介质。重要的是,在实验当天制备包括恶臭挥发性化合物如乙酸的介质,而不是更早地为了避免蒸发。此外,介质需要在没有额外气流的表面上硬化(避免使用通风橱),因为气流可以刺激气味的蒸发。需要特别注意的第二步是建立加压空气系统。气流需要足够高的温度才能轻轻地泡泡酵母菌而不会将任何液体转移到舞台上。
该方案证明了酵母气味与交配行为相结合的行为测定。但是,这个系统可以应用到任何一个气味类型,以及其他类型的行为。要将该系统用于其他气味,必须调整气流和气味介质,以优化化合物转移到盘中。然而,通常,可以用该系统测试可以通过空气传输的任何化合物。此外,男性和女性的任何类型的行为都可以通过使用相同类型的菜肴或通过调整管道到达并连接到更大或更小的测试区域进行测试。另外,当测试更详细的行为时,需要重新考虑使用的摄像机的帧速率和分辨率。在任何情况下,如果具有和不具有测试气味的两个实验在同一时间和相同的空气源下运行,则无论从一个实验到另一个实验的压力或浓度的变化如何,都可以检测到对环境提示的任何响应。最后,这里证明的测定可以延长至少另外一个LD循环(长达48小时),只要food供应不会干燥。
作者没有争议的利益披露。
我们感谢布卢明顿果蝇库存中心的苍蝇股票; C. Gahr,JT Alkema和S. van Hasselt早期尝试开发加压空气测定;碧玉博士为培养酵母提供建议;和Rezza Azanchi和Joel Levine最初开发了果蝇交配行为的延时监测。 JA Gorter得到了神经科学研究学校BCN / NWO研究生课程资助的支持。这项工作得到了荷兰科学研究组织(NWO)(参考文献:821.02.020)对JC Billeter的支持。
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Cabinet | |||
Stainless steel kitchen cabinet | Horecaworld | 7412.0105 | |
White LEDs | Lucky Light | ll-583wc2c-001 | Cold white, 20 mAmp and 2 V |
Red LEDs | Lucky Ligt | ll-583vc2c-v1-4da | Wavelength between 625 nm, 20 mAmp and 6 V |
Resistor | Royal Ohm | CFR0W4J0561A50 | 560 ohm, 0.25 W, 250 V and 5 % tolerance |
Smartphone light meter app | Patrick Giudicelli | Light/Lux Meter FREE, version 1.1.1 | |
Power timer | Alecto | TS-121 | |
Metal brackets | Sharp angle 5 by 5 mm, 2 x 5450 and 1 x 1100 mm long | ||
Frosted glass plate | 1190 x 545 x 5 mm | ||
Filter paper sheets | LEE filters | 220 | White frost |
Small fan | Nanoxia Deep silence | 4260285292828 | 80 mm Ultra-Quiet PC Fan, 1200 RPM |
Big fan | Nanoxia Deep silence | 4260285292910 | 120 mm Ultra-Quiet PC Fan, 650-1500 RPM |
Webcam camera | Logitech | 950270 | B910 HD WEBCAM OEM, Angle: 78-degree, resolution: 5-million-pixel |
Camera software | DeskShare | Security monitor pro | |
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Fly rearing | |||
Fly rearing bottles | Flystuff | 32-130 | 6oz Drosophila stock bottle |
Flypad | Flystuff | 59-114 | |
Wild-type flies | Canton-S | ||
Fly rearing vials | Dominique Dutscher | 789008 | Drosophila tubes narrow 25x95 mm |
Incubator | Sanyo | MIR-154 | |
Magnetic hot plate | Heidolph | 505-20000-00 | MR Hei-Standard |
Agar | Caldic Ingredients B.V. | 010001.26.0 | |
Glucose | Gezond&wel | 1019155 | Dextrose/Druivensuiker |
Sucrose | Van Gilse | Granulated sugar | |
Cornmeal | Flystuff | 62-100 | |
Wheat germ | Gezond&wel | 1017683 | |
Soy flour | Flystuff | 62-115 | |
Molasses | Flystuff | 62-117 | |
Active dry yeast | Red Star | ||
Tegosept | Flystuff | 20-258 | 100% |
Peptone (bacto) | BD | 211677 | |
Acetic Acid | Merck | 1000631000 | Glacial, 100% |
Small petridish | Greiner bio-one | 627102 | 35 x 10 mm with vents |
Paraffin film | Bemis NA | Parafilm | |
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Yeast and pressurised air set-up | |||
Big petridish | Gosselin | BP140-01 | 140 x 20.6 mm |
Ultrapure water | Millipore corporation | MiliQ | |
Yeast extract | BD | 212750 | |
Agar (pure) | BD | 214530 | bacto |
Glucose (0(+)-glucose monohydrate) | Merck | 18270000004 | |
Open caps | Schott | 29 240 28 | GL45 |
Silicone septum | VWR | 548-0662 | |
Barbed bulkhead fittings | Nalgene | 6149-0002 | |
Large PVC tubing | diameter: outer 1.2 cm and inner 0.9 cm | ||
Small PVC tubing | diameters: outer 0.8 cm and inner 0.5 cm | ||
15 ml tube | Falcon | ||
Aquarium pump | Sera precision | Sera air 110 plus, AC 220-240 V, 50/60 Hz, 3 W and pressure >100 mbar | |
Activated charcoal | Superfish | A8040400 | Norit activated carbon |
Disposible filter unit | Whatman | 10462100 | |
Serological pipettes | VWR | 612-1600 | |
Syringe | BD Plastipak | 300013 | |
Hot glue | Pattex | ||
Syringe filter | Whatman | FP 30/pore size 0.45 mm CA-S | |
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Analysis | |||
Statistics software | R | lme4 package |
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