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Die rotierende Bewegung Quantifizierung System (REQS) induzieren können Übung in Drosophila Melanogaster durch Rotation während der Messung gleichzeitig der Höhe der Aktivität von den Tieren durchgeführt. Hier präsentieren wir Ihnen ein Punkt-für-Punkt-Protokoll Details wie Aktivität der Tiere erleben rotatorische Bewegung Behandlungen mit der REQS. zu messen
Drosophila Melanogaster ist eine neue Modellorganismus für die Übung Biologiestudium. Bisher, zwei wichtigsten Übung Systeme der Power Tower und die Treadwheel beschrieben. Allerdings hat eine Methode zur Messung der Menge an zusätzliche tierische Aktivität induziert durch die Übung Behandlung gefehlt. Die rotierende Bewegung Quantifizierung System (REQS) füllt dieses Bedürfnis bietet ein Maßstab für die tierische Aktivität für Tiere, die rotatorische Bewegung zu erleben. Dieses Protokoll beschreibt, wie Sie die Anforderung verwenden, um tierische Aktivität während der rotatorischen Bewegung beurteilen und zeigt den Typ der Daten, die generiert werden können. Hier zeigen wir, wie die Anforderung verwendet wird, um die Stamm-geschlechtsspezifische Unterschiede in Übung induzierte Aktivität zu messen. Die Anforderung kann auch zur Bewertung der Auswirkungen der verschiedenen anderen experimentellen Parameter wie Alter, Ernährung oder Bevölkerung Größe auf Übung induzierte Aktivität. Darüber hinaus kann verwendet werden, um die Wirksamkeit der verschiedenen Übung Trainingsprotokolle zu vergleichen. Wichtiger ist, bietet es Gelegenheit zur Übung Behandlungen zwischen Stämmen, so dass des Forschers um gleiche Mengen von Aktivität zwischen Gruppen bei Bedarf zu erreichen zu standardisieren. So die Anforderung ist eine bemerkenswerte neue Ressource für Übung Biologen mit dem Drosophila-Modell-System arbeiten und ergänzt bestehende Übung Systeme.
Neuerdings haben Forscher der Fruchtfliege Drosophila Melanogaster verwenden, um Übung Biologie zu studieren. D. Melanogaster wurde eine genetische Modellsystem für über 100 Jahre1,2. Drosophila-Forschung hat jedoch nicht nur Genetik, sondern auch eine Vielzahl von anderen Disziplinen wie Verhaltensbiologie, Neurobiologie und Physiologie3Beitrag geleistet. Im Jahr 2009, der Power Tower war das erste Trainingsgerät für Drosophila beschrieben4. Der Power Tower nutzt die Tiere negative Geotaxis Antwort. Wenn Sie gestört, Drosophila neigen dazu, an der Spitze von ihrem Gehege zu bewegen. Diese Antwort ist gut etabliert und ist die Grundlage für die beliebte "RING" (schnelle Iterative Negative Geotaxis5) Assay, der verwendet wird, um Steigfähigkeit und/oder körperliche Fitness in Drosophila zu schätzen. Der Power Tower verwendet einen mechanischen Arm mit einer Motoreinheit, immer wieder eine Reihe von Tiere in ihren Gehegen zu heben durch mehrere Zoll und zurück auf den Boden ablegen, die negative Geotaxis Reaktion (Tinkerhess Et Al. 20126 induzieren Geben Sie eine Video zur Veranschaulichung der Verwendung von der Power Tower). Längere Behandlung auf den Power-Tower damit erhöht sich die Menge der körperlichen Aktivität (laufen oder fliegen) führen Sie die Tiere im Vergleich zu unbehandelten Kontrolltieren und über Zeit führt zu einer verbesserten Performance in den RING-Assay für körperliche Fitness4. So zeigte diese Arbeit die Machbarkeit der Verwendung von Drosophila als Modell für die Übung Biologie.
Erweitern das Repertoire des Tools für Drosophila Übung Forschung im Jahr 2016, beschrieben Mendez und Kollegen ein zweites Drosophila Trainingsgerät, Treadwheel7. Ähnlich wie bei der Power Tower, nutzt die Treadwheel negative Geotaxis Antwort von Drosophila. Jedoch wird diese Reaktion durch kontinuierliche Rotation des die Tiergehege, anstatt durch Anheben und fallen lassen wie in der Power Tower induziert. Diese induktionsmethode ist sanfter und ermöglicht eine mehr Ausdauer orientierte Übung Regime, die physischen Trauma vermeidet, die während des Trainings in der Power Tower auftreten können (siehe Katzenberger, R. J. Et Al. 20138 für die Auswirkungen der wiederholte körperliche Trauma auf Drosophila Gesundheit). Ähnlich wie bei der Power Tower4, Übung Umgang mit Tieren auf der Treadwheel führt zu einer Vielzahl von physiologischen Reaktionen, einschließlich Änderungen der körperlichen Fitness, Triglyzeride und Körper Gewicht7. Damit stehen zwei komplementäre Methoden für Drosophila Biologen studieren Übung.
Eine Einschränkung der Power Tower und die Treadwheel ist die Unfähigkeit zur Messung der Aktivität durch die Übung Behandlung induziert. Analyse der Video-Aufnahmen aus dem Treadwheel gezeigt, dass gab es erhebliche Unterschiede zwischen den verschiedenen Drosophila Stämme in auf die Übung Behandlung7 Reaktion. Konkret untersucht die Stämme unterschieden sich in wieviel zusätzliche Aktivität der Tiere wenn durchgeführt7angeregt. Diese Beobachtung veranlasste uns, eine dritte Übungssystem, die rotierende Bewegung Quantifizierung System (REQS), zu entwickeln, die uns tierische Aktivität während der Drehung-induzierte Übung9messen können. Die REQS nutzt eine handelsübliche Activity monitoring-Einheit, die auf einem rotierenden Arm Übung durch Rotation in die Treadwheel stimulieren installiert ist. Erste Arbeit mit der Anforderung bestätigt, dass genetisch verschiedenen Drosophila Stämmen — und Geschlechter - können deutlich unterschiedliche Reaktionen auf die rotierende Stimulation und die Menge der Übung induzierten entspricht somit nicht unter verschiedenen Genotypen9 . Dadurch ermöglicht die REQS jetzt Drosophila Biologen, Messen Sie die Menge der Übung induziert durch die Behandlung eröffnen vielfältige neue Forschungsansätze im Feld Bewegung.
Hier beschreiben wir im Detail die Anforderung für die Quantifizierung der rotatorischen Bewegung verwenden. Die REQS rotatorische Bewegung induziert und misst gleichzeitig die Aktivität der Tiere behandelt werden. Die Anforderung ist in der Lage, eine Vielzahl von Trainingsprogrammen, reichen vom einfachen 2 h kontinuierliche Übung Regime demonstriert hier zu komplexeren Intervall Trainingsmethoden wie beschrieben von Mendez und Kollegen7und Stimulation ist einstellbar über Drehzahl (zwischen ca. 1-13 Umdrehungen pro Minute). Je nach Aktivität Monitor verwendet, um die Anforderung zu produzieren ist diese Methode für die Analyse der einzelnen fliegen oder große Populationen von Tieren. Aufgrund dieser Vielseitigkeit bietet die REQS Drosophila Forscher mit einer Reihe von Möglichkeiten zu studieren, zum Beispiel, andere Übung Regime, Diät Interventionen oder Auswirkungen der Bevölkerungsdichte.
Die Anforderung besteht aus einem Drosophila Aktivitäts-Anzeige (Quellenangaben, siehe Tabelle of Materials) montiert auf einem rotierenden Arm, der von einer Motoreinheit (Abbildung 1) gesteuert wird. Die Aktivitäts-Anzeige bestimmt, wie oft in einer bestimmten Zeitspanne, die das Array von Laserstrahlen sezieren der Mitte des Rohres Assay unterbrochen wird. Detaillierte Zeichnungen und eine detaillierte Charakterisierung finden Sie unter unseren vorherigen Veröffentlichung9. Während unser System das LAM25H Gerät verwendet, kann die Anforderung angepasst werden sowie anderen Drosophila Aktivitäts-Anzeige-Einheiten.
1. Testen das Setup der REQS
2. Vorbereitung der Tiere
Hinweis: Alle Tiere wurden angehoben und unter Standardbedingungen im Inkubator (25 ° C, Luftfeuchtigkeit von 60-70 %, 12 h Hell/Dunkel-Zyklus) auf Melasse/Maismehl Medien10getestet.
3. Datenerhebung mit der REQS
(4) Datenanalyse
Die Ausgabe von einem einzelnen Lauf mit der Anforderung ist eine Datentabelle, produziert von der DAMSystem308-Software, die "Monitor1.txt" (für ein Beispiel siehe ergänzende Datei 1) standardmäßig beschriftet werden. Ein Auszug aus dieser Tabelle ist in Tabelle 1dargestellt. Jede Spalte enthält die Daten aus einer einzelnen Assay Rohr, während die Zeilen die Aktivität gemessen in jedes Zeitintervall von Beginn des Experiments (oben) bis zum Ende (unten enthalten). Die ersten drei Datenpunkte sollten überwacht werden, die es gibt Ausschnitte der Daten (z. B. jene gesehen in Tabelle 2), in denen Fall das Kabel angepasst werden muss.
Abbildung 2 zeigt die Ergebnisse eines Experiments genetisch unterschiedliche Drosophila vierzeilig (DGRP2 Zeilen 371, 703, 810 und 89712,13) zu vergleichen. Für jede der vier Linien zehn replizieren, die Messungen von Gruppen von zehn Jungfrau fliegen von beiden Geschlechtern als gesammelt wurden im Abschnitt Protokoll beschrieben. Aus der Ausgabedatei der DAMSystem308 Software wurde "Durchschnittlichen Aktivität pro 5 min pro 10 fliegen" durch Mittelung der Aktivität-Maßnahmen über die gesamte 2-Stunden-Zeitspanne berechnet. Dieser Durchschnittswert aus jeder Spalte erzeugt somit eine Einzelmaßnahme für jedes Assay-Kammer. Die zusammenfassende Tabelle Abbildung 2 auf der Grundlage ist in Tabelle 3zur Verfügung gestellt.
Die Angaben in Tabelle 3 wurden von ANOVA Test für Wirkungen von Genotyp, Geschlecht und die Interaktion zwischen Sex und Genotyp analysiert. Da nur die Wirkung der Genotyp signifikant war (p < 2 x 10-16), die beiden Geschlechter wurden in das Diagramm in Abbildung 2dargestellte kombiniert. Die ANOVA erkannt eine starke Wirkung des Genotyps, das spiegelt sich in der Grafik. Die mittlere Bewegung Aktivität zwischen allen vier Genotypen unterscheiden sich deutlich von einander (p < 0,05; Tukey HSD), und somit die Abbildung 2 veranschaulicht wie die Anforderung verwendet werden können, um einen Einfluss von Genotyp auf Übung Bewegungsstufen zu erkennen.
Abbildung 1: die REQS. Gezeigt auf diesem Foto die Anforderung in diesem Verfahren verwendet wird. Die Leistungseinheit Monitor (A) dreht sich um seine horizontale Achse angetrieben von einem rotierenden Arm (B). Die Drehzahl ist einstellbar über einen Drehknopf (C), und die Bedienung der Maschine erfolgt über einen Ein-/Ausschalter (D). Der Inset (E) zeigt eine Nahaufnahme der Datenverbindung zwischen Monitor Leistungseinheit und die rotierenden Telefonbuchse. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.
Abbildung 2: Vergleich der Übung Aktivität gemessen an REQS in vier verschiedenen DGRP Stämmen. X-Achse: tierische Genotyp. Y-Achse: tierische Aktivität als Strahl Überfahrten pro 10 Tiere pro 5 min gemessen. A: DGRP2 Linie 897; B: DGRP2 Linie 810; C: DGRP2 Linie 703; D: DGRP2 Linie 371. Die hier gezeigte Grafik kombiniert Daten aus Männchen und Weibchen, da gab es keine signifikante Sex-Effekt für diese bestimmten Zeilen (ANOVA; p = 0.557). Allerdings gibt es eine starke Genotyp Wirkung (ANOVA; p < 2 x 10-16), und alle einzelnen Vergleiche zwischen den vier Genotypen sind hochsignifikant (Tukey HSD; p < 0,05). Black Diamond: Genotyp-Mittelwert; schwarze Linie: + /-1 SD (Standardabweichung). Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.
Zeit | Activity(1) | Activity(2) | Activity(3) | Activity(4) | Activity(5) |
12:25 | 21 | 86 | 48 | 32 | 76 |
12:30 | 31 | 55 | 58 | 74 | 119 |
12:35 | 27 | 45 | 47 | 80 | 125 |
12:40 | 28 | 55 | 34 | 83 | 91 |
12:45 | 36 | 56 | 45 | 67 | 103 |
Tabelle 1: Beispiel-Ausgabe von Daten aus der DAMSystem308-Software. Jede "Activity(#)" Spalte entspricht einer Ampulle 10 fliegen mit Aktivitäten in 5 min Abständen aufgezeichnet.
Zeit | Activity(1) | Activity(2) | Activity(3) | Activity(4) | Activity(5) | Die Schuld? |
12:00 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | Ja |
12:05 | 98 | 1 | 36 | 0 | 8 | Nein |
12:10 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | Ja |
12:15 | 88 | 24 | 44 | 1 | 9 | Nein |
12:20 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | Ja |
12:25 | 106 | 51 | 41 | 0 | 15 | Nein |
Tabelle 2: Beispielausgabe von fehlerhaften Daten mit Paketverlust aus der DamSystem308-Software. Jede Spalte entspricht einer Ampulle 10 fliegen mit Aktivitäten in 5 min Abständen aufgezeichnet. Zeilen 12:00, 12:10 und 12:20 zeigen "0" aktivitätsaufzeichnungen über alle Spalten, ein Problem mit der Datenverbindung (Schuld? "Ja" in der letzten Spalte).
Tabelle 3: Beispieldaten zur Erzeugung von Abbildung 2. Bitte klicken Sie hier, um diese Datei herunterladen.
Ergänzende Datei 1: Unverarbeitete Ausgabedatei wie durch die DAMSystem308-Software produziert. Spalte 1 zeichnet die Zeit Punktnummer. Spalte 2 Records das Datum des Experiments und Spalte 3 Records die Zeit, die jeden Zeitpunkt aufgezeichnet wird. Dienen nicht der Spalten 4-10, und 11-42 Spalten die Aufnahmen von den 32 Slots die Aktivitäts-Anzeige. Bitte klicken Sie hier, um diese Datei herunterladen.
Wie die repräsentativen Ergebnisse zeigen, ist die Anforderung in der Lage, präzise Messung der Aktivität der Ausübung Drosophila. Die Anforderung ist flexibel und erlaubt es den Forschern, eine Vielzahl von Fragestellungen im Zusammenhang mit Übung Biologie oder Übung Interventionen anzugehen. Es gibt zwei wichtige Schritte im Protokoll zum markieren. Erstens ist es wesentlich für den Versuchsaufbau des REQS um sicherzustellen, dass die Datenübertragung von der Anforderung an die DAMSystem308 ordnungsgemäß funktioniert. Wenn nicht ordnungsgemäß eingerichtet, das Datenkabel kann während der Rotation verwickelt werden, und manchmal ist die Verbindung zwischen der Anforderung und die DAMSystem308 an die rotierende Verbindung aufgrund des Verschleißes gestört, (obwohl, mit fast täglichen Einsatz von der Anforderung, wir mussten Ersetzen Sie den Stecker einmal in zwei Jahren). Es ist ratsam, Ersatzteile parat zu haben. Zweitens ist die Konsistenz von Umweltparametern entscheidend für den Erfolg der Experimente. Drosophila sind sehr empfindlich auf Lärm oder Vibrationen, und so ist es wichtig, dass das Experiment während der Datenerfassung nicht gestört wird. So werden im Idealfall Experimente in einem speziellen Inkubator ausgeführt, die während einer experimentellen Laufs nicht zugegriffen werden kann. Aufmerksamkeit auf diese zwei kritischen Schritte wird sichergestellt, dass qualitativ hochwertige aus der REQS. Daten
Während wir hier zeigen, wie die Anforderung verwendet werden können, um tierische Aktivität während einer 2-stündigen kontinuierliche Übung Behandlung von Tiergruppen zu messen, ist die Anforderung flexibel, dass die Zeit und die Intensität der Übung für eine Vielzahl von Übung Behandlungen angepasst werden können. Darüber hinaus kann je nach der verwendeten Activity Monitoreinheit geändert werden zur Messung der Aktivität von einzelnen fliegen oder sehr große Populationen von Tieren. Darüber hinaus kann die Anforderung verwendet werden, um die Auslegung und Optimierung der Übung Regime zu testen. Es kann auch verwendet werden, um die Auswirkungen von zusätzlichen Variablen wie Tages-, tierische Alter, Ernährung, Bevölkerungsgröße und medikamentöse Behandlung auf induzierte Aktivität und Bewegung Antworten zu messen. Je nach der genauen Versuchsaufbau, d. h. die Länge der Übung Regime und Timing kann die Anforderung auch verwendet werden, stören die natürlichen Schlaf-Muster von Drosophila. Diese Beispiele verdeutlichen die vielseitige Natur der Anforderung und einige Einsatzmöglichkeiten in Drosophila-Forschung. Andere kleine Tiere Forschungsgemeinschaften könnten auch bei der Anpassung der Anforderung für ihre Zwecke interessiert sein so erweitern die Nützlichkeit dieses neue Tool.
Derzeit ist eine Einschränkung von der Anforderung der begrenzten Anzahl von Proben, die zu einem bestimmten Zeitpunkt verarbeitet werden können, indem Sie die Aktivität Monitore verwendet, die maximal 32 Proben assay diktiert wird. Der Einsatz von Triebzügen REQS ist, zwar möglich, um die Anforderung für große genetische Bildschirme oder ähnliche Anwendungen verwendet werden können wäre ideal Entwicklung einer höheren Durchsatz-Version von der Anforderung.
Aufgrund seiner Fähigkeit, die Aktivität induziert in identischer Weise auf die Treadwheel zu messen, die Anforderung kann verwendet werden, in Kombination mit der Treadwheel, die etwas höheren Durchsatz ermöglicht (48 Proben gleichzeitig verarbeitet werden können). Übung-Protokolle können optimiert werden, mit der Anforderung und dann auf die Treadwheel für weitere Studien durchgeführt. So können die Treadwheel und REQS ergänzenden Bedarf für spezifische Studiendesigns verwendet werden.
Die Anforderung ist ein wichtiger Schritt vorwärts in der Drosophila-Übung-Forschung, denn es ermöglicht eine Quantifizierung der induzierte Aktivität. Nachdem eine Maschine, die gleichzeitig induzieren kann, Übung und Messen Sie diese Übung war, dass ein klares Feld, bei der Drosophila ausüben muss, wie eine deutsche Gruppe von Wissenschaftlern unabhängig voneinander entwickelt ein sehr ähnliches Gerät, genannt "swing Boot," nutzt, die auch eine Aktivität Monitor, während des Trainings durch Drehung14induzierte Aktivität zu messen. Die "swing-Boot" verwendet keine vollständige Drehungen, aber stattdessen schwingt die Leistungseinheit Monitor zurück und her ca. 30 Grad um eine Drehachse. So, die "swing Boot," wie die Anforderung verwendet die Drehung kontinuierlich eine negative Geotaxis Antwort zu induzieren und tierische Aktivität zu erhöhen. Die REQS und "swing Boot" ergänzen vorhandene Video-Tracking-Methoden verwendet, um Drosophila nach Stimulation, wie z. B. die Drosophila Erregung Tracking System (DART)15Test. Die Anforderung und die "Schiffsschaukel" verbessern Systeme wie DART, die Aktivitäten zu, nur nach der Beendigung des Reizes verfolgen. So sind die Anforderung und "swing Boot" wichtige neue Instrumente für Forscher im Feld Drosophila Übung, die in Verbindung mit den bestehenden Treadwheel und Power Tower-Geräten verwendet werden können.
Die Autoren haben nichts preisgeben.
Die Arbeit wurde von Award Nummer P30DK056336 von der nationalen Institut von Diabetes und und Nierenerkrankungen des Verdauungssystems durch einen pilot Zuschuss aus der Ernährung und Adipositas Research Center an der University of Alabama at Birmingham NCR unterstützt.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Drosophila Activity Monitor | Trikinetics | LAM25H | REQS component |
Telephone Cord Detangler | Uvital | uv20170719 | REQS component |
Vial closures (flugs) | Genesee Scientific | 49-102 | Drosophila culture supplies |
Vials | Genesee Scientific | 32-120 | Drosophila culture supplies |
Drosophila culture netting | Carolina Biological Supply | 173090 | Drosophila culture supplies |
Cornmeal | Pepsico | 43375 | Drosophila media |
Molasses | Golden Barrel | BLA-GAL | Drosophila media |
Agar | Apex Bioresearch | 66-103 | Drosophila media |
Inactive Dry Yeast | Genesee Scientific | 62-106 | Drosophila media |
Tegosept | Apex Bioresearch | 20-258 | Drosophila media |
Propionic acid | Genesee Scientific | 20-271 | Drosophila media |
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