Method Article
Here, we present a protocol to quantify the avoidance of stressed individuals. This paradigm is powerful yet user-friendly and can be used to assess the influence of genes and environment on one kind of social interaction in Drosophila melanogaster.
Drosophila melanogaster is an emerging model to study different aspects of social interactions. For example, flies avoid areas previously occupied by stressed conspecifics due to an odorant released during stress known as the Drosophila stress odorant (dSO). Through the use of the T-maze apparatus, one can quantify the avoidance of the dSO by responder flies in a very affordable and robust assay. Conditions necessary to obtain a strong performance are presented here. A stressful experience is necessary for the flies to emit dSO, as well as enough emitter flies to cause a robust avoidance response to the presence of dSO. Genetic background, but not their group size, strongly altered the avoidance of the dSO by the responder flies. Canton-S and Elwood display a higher performance in avoiding the dSO than Oregon and Samarkand strains. This behavioral assay will allow identification of mechanisms underlying this social behavior, and the assessment of the influence of genes and environmental conditions on both emission and avoidance of the dSO. Such an assay can be included in batteries of simple diagnostic tests used to identify social deficiencies of mutants or environmental conditions of interest.
El objetivo de este método es cuantificar fácilmente un nuevo aspecto de la conducta social sencilla en Drosophila melanogaster, independiente desde el cortejo y la agresión.
Las interacciones sociales son cruciales para el buen desarrollo y la salud de los individuos dentro de una sociedad, así como la funcionalidad de un grupo social en su conjunto. La alta complejidad de estas interacciones requiere grandes tamaños de muestra y un sistema que permite la simplificación del comportamiento como las bases genéticas y neuronales del comportamiento social son aún poco conocidos. Drosophila melanogaster es un modelo genético de gran alcance que se puede utilizar para identificar la genética y bases neurales de las interacciones sociales. De hecho, D. melanogaster tiene un repertorio de comportamientos sociales complejos y algunas mediciones directas de socialización ya se han hecho 1-7. Sin embargo, la mayoría de estos esfuerzos se han centrado en los comportamientos sociales relativamente complejas, como los aggresinteracciones sive 3,6, diversos aspectos de cortejo 3,8-12, y cómo la experiencia social afecta a otros comportamientos tales como el aprendizaje, o ritmo circadiano 13-17. Además, muchos de estos ensayos se basan en el análisis de los patrones de interacción complejas de grupos de moscas, mediante el seguimiento de vídeo y software de computadora para analizar la abundancia de datos resultante. Estos análisis son muy valiosos, y dar lugar a nuevas e importantes ideas tales como la dinámica de las interacciones con mosca mosca en grupos de 7. Una limitación, sin embargo, es la falta de acceso a estos ensayos a la comunidad en general, y el limitado conocimiento de los mecanismos subyacentes reconocimiento de los demás. En otras palabras, la base de la emisión de una señal por un individuo y su reconocimiento por otro aún es poco conocido 18.
Por el contrario, también vuela exhibir un comportamiento simple, evitación social, donde las personas se alejan de una señal emitida por las moscas estresados: el D. melanogaster Estrés Odorante o DSO 19. En un ensayo de alto rendimiento, este comportamiento se puede cuantificar como la evitación de una señal de tensión emitida por otras moscas, o evitación social 19. Las moscas se colocan en un aparato de laberinto en T y se les da la opción de evitar un vial que contiene DSO. Utilizando este ensayo, CO 2 ha demostrado ser un componente de la DSO, y parte de la circuitería neural necesaria para responder a CO 2 se disecó 19.
El ensayo de evitación social que aquí se presenta es conceptualmente similar a los ensayos de comportamiento simples desarrollados en el laboratorio de Seymour Benzer que permitieron a generaciones de investigadores para diseccionar conductas complejas 20. Análisis de evitación social puede llevarse a cabo de forma rentable utilizando el ensayo de laberinto en T, lo que permite un estudio más generalizado de comportamiento social. Por ejemplo, el uso de este ensayo hemos demostrado que los diferentes riesgos genéticos para el autismo tienen efectos contrastantes en b socialesensayos ehavior. Los mutantes de un gen candidato para el autismo - neurobeachin 21,22 - deficiencias presentes tanto en el espacio social (describen en otra parte 23) y evitación social 24. También se propone la señalización dopaminérgica anormal para jugar un papel en la etiología del autismo en los seres humanos 25,26. En contraste con los resultados obtenidos con neurobeachin, se encontró que el rendimiento evitación social no se vio afectada por el aumento o disminución de los niveles de la Drosophila vesicular de monoamina Transporter (VMAT) en células dopaminérgicas, aunque el espacio social se correlacionó directamente a estos niveles de VMAT 27. Los resultados obtenidos con contrastantes neurobeachin y VMAT subrayan la posibilidad de identificar diversas formas de comportamiento asocial, y por lo tanto los diferentes trazados de circuito neuronales subyacentes modulación de la respuesta a otros.
1. Equipos y Reactivos de creación propia (véase lista de los demás)
NOTA: El laberinto en T también puede utilizarse para otros fines, como se describe por 28.
2. Preparación de las moscas antes de que el experimento
1-2 días antes de realizar el experimento:
2 hr antes de realizar el experimento:
3. Realizar el Experimento Prevención Social
4. Análisis de los datos evitación social
5. Generar viales previamente ocupado por las moscas no acentuadas - Realizar En lugar de 03.05 a 03.06
El ensayo de evitación social es una prueba robusta cuantificar la capacidad de Drosophila melanogaster para reconocer una señal de estrés (DSO) emitida por otras moscas, y la evaluación de este modo uno de los aspectos de las interacciones sociales. El ensayo se realizó a través de un aparato de uso común en diversos ensayos de comportamiento conocido como un laberinto en T, que presentan las moscas con una elección entre dos opciones diferentes - izquierda o derecha 19,28-31. En este caso, la eficiencia con la que las moscas evitar el DSO se cuantifica mediante el cálculo y la comparación de su índice de rendimiento (PI). Un PI de cero indica una distribución de 50-50 o no evitación, mientras que un pI de 100 indica que todas las moscas evitarse el DSO. Y un IP de -100 indicaría que todas las moscas fueron dentro del vial DSO.
Las moscas son presentados con un vial que contiene DSO emitida por las moscas agitados mecánicamente, y uno nuevo (DSO gratis) vial. Los resultados representativos presentan aquí de relieve la strength de este ensayo, así como algunas condiciones conocidas necesarias para obtener mejores resultados.
Evitar la DSO no es específica de un sexo, pero depende de las moscas que se destacaron. El sexo de las moscas de respuesta no tiene efecto sobre su evitación de la DSO (Figura 1). Sin embargo, no es suficiente para que las moscas han ocupado el vial de la prueba para provocar una evasión de ese vial, las moscas deben haber sido subrayado - en este caso agitado mecánicamente (Figura 1). Si no hay moscas habían ocupado el vial de la prueba, o si las moscas han entrado y salido del vial sin estrés utilizando fototaxis, los respondedores provocan ninguna preferencia como se informó anteriormente 19.
Aunque la figura 1 reproduce los resultados conocidos, también es un ejemplo de la clase de los datos obtenidos con condiciones sub-óptimas. Con sólo 2 a 5 repeticiones internas, y no hay pruebas independientes, las barras de error representan el rango. Sin embargo, hay una significativa difierencia entre viales anteriormente ocupadas por las moscas estresadas y las moscas no estresados o vacío, como se informó anteriormente 19. En este contexto, las moscas siguen mostrando un fuerte PI de evitación. Esto subraya la robustez del ensayo. Además, el PI de la elección entre dos viales de frescas es negativo (diferente de 0, para las mujeres p <0,05, y se agruparon sexo p <0,01). Esto indica una preferencia por un lado de la T-laberinto, o un sesgo debido a un pequeño tamaño de la muestra. Esta limitación puede ser contrarrestado por alternando el lado en el que se coloca el vial de ensayo en el T-laberinto en las repeticiones internas, como se hace en los experimentos posteriores presentados.
A pesar de la falta de efecto del sexo en la respuesta a la DSO, respondedores fueron separados por sexo para evitar posibles efectos de confusión. Por ejemplo, en el caso de mutaciones que podrían tener efectos específicos del sexo, tales como las que afectan a los genes implicados en la señalización olfativa 36. Los siguientes representati cinco resultados se centran en los respondedores masculinos, y los emisores sexuales mixtos.
Evitar la DSO es independiente del número de moscas de respuesta probadas.
Experimentos previos 19 han utilizado un nivel de 40 Canton-S moscas en la prueba de evitación social, que mostró una alta PI, lo que indica que la mayoría de las moscas prefieren el vial DSO-fresco libre. Para probar el efecto del tamaño del grupo en el PI de los respondedores, se ensayó una gama de 10-80 moscas, como se ve en la Figura 2. Se realizó un mínimo de dos ensayos independientes y tres repeticiones internas por ensayo. Una prueba t no mostró significación estadística al comparar el PI de cada uno de los diferentes número de moscas de respuesta al índice de rendimiento del mando (cuarenta respondedor moscas). Por lo tanto, el número de moscas de respuesta no tiene ningún efecto sobre la PI de la evitación DSO y el efecto que tienen mutaciones en la evitación puede ser probado incluso si mutantes están disponibles en pequeñas cantidades.
ent "> Mayor número de emisores vuela conduce a una mayor prevención de DSO.Para determinar la medida en que el número de moscas de emisor afectó a la DSO y su evitación, también a prueba el efecto de la cantidad de moscas estresados. En experimentos últimos 19, y este protocolo, han utilizado un estándar de 70 Canton-S moscas. Hemos probado ahora 10 a 160 moscas emisor (Figura 3). El rendimiento de evitación está directamente relacionada con el número de emisores, aunque no hay un aumento en la evitación con más de 80 emisores. Curiosamente, una evasión importante fue aún detectar con sólo 10 destacó moscas. Una vez más, esto permitiría probar las capacidades de emisión de cuantas moscas a la vez.
Antecedentes genéticos afecta al rendimiento de evitación DSO.
Drosophila melanogaster es un fuerte organismo modelo para estudios genéticos. Por lo tanto, era importante determinar si el ensayo podría utilizarse para DISCRiminate diferentes orígenes genéticos. Se midió la respuesta de cuatro tipos diferentes silvestres (Cantón-S, Oregon-R, Samarcanda y Elwood) con respecto a su evitación de DSO emitida por Canton-S (Figura 4). Canton-S y Elwood tienen un IP mayor en comparación con Oregon y Samarcanda (p <0,05). Estos resultados demuestran que hay un componente genético subyacente a la evitación de la DSO, y que este ensayo tiene el poder para llevar a cabo un estudio de esta influencia genética.
Duración del tiempo de elección afecta al rendimiento.
El conjunto de datos representativos presentados en las Figuras 1, 2, 3 y 4 también ilustran el efecto de la longitud de tiempo dado a los respondedores para decidir qué VIAL evitar. Cuando se dan Canton-S respondedores 30 a 45 segundos para elegir su vial preferida, que alcanzan típicamente alrededor de actuaciones PI = 55 (Figura 2, respectivamente machos PI= 57 ± 2; y 52 ± 11). Cuando se administra 60 seg, su rendimiento es más alta, como se ve en la Figura 4 (PI = 77 ± 6,5).
Figura 1. Evitar el DSO no es específica de un sexo, pero depende de las moscas que se destacaron. Los gráficos de barras representan el rango promedio ± de la PI de la evitación de un vial el olor estrés dejado por las moscas agitados (DSO). Los varones (en rojo) y las mujeres (naranja) se probaron juntos (marrón), y luego contaron después del experimento. Las moscas comportamiento similar, con independencia de su sexo (ANOVA de dos vías). Pero sólo evitan un frasco lleno de DSO en el que las moscas se habían puesto ya de relieve (agitación mecánica), y no de un vial en el que las moscas no se había subrayado (entrar y salir del vial por fototaxis, p <0,05, post de comparación múltiple de Tukey prueba), o vial fresco (p <0,001, la comparación posterior a la prueba múltiple de Tukey). EnAdemás, no hubo diferencias estadísticas entre el vial fresca y condiciones moscas no estresados, a pesar de un sesgo experimento vial nuevo - n = 2-5 repeticiones con 40 ambos sexos vuela cada uno, con 45 segundos el tiempo de elección (n = 3 para fresco viales, n = 2 para el vial con archivos que no sean de estrés, n = 5 para el vial con moscas estresados).
Figura 2. Evitar la DSO es independiente del número de moscas probadas. Los datos representativos muestra que el número de Canton-S de respuesta moscas en el laberinto en T no tiene ningún efecto sobre la evitación social de la DSO. Responder moscas se les dio 30 segundos para decidir entre un vial fresco y un vial que contiene DSO (n = 2-6 repeticiones internas por ensayo, 1-2 ensayos, mínimo de 5 puntos de datos por estado, gráficos de barras representan la media ± sem)
Figura 3. Aumento del número de emisores conduce a aumentar la evitación DSO. Representante de datos muestra que el número de Cantón-S emisor moscas afecta la DSO y su evitación (creciente tono de rojo indica el número de moscas emisor aumentado, con 70 emisores resumidas en azul ). Cuando se compara con 70 emisores, sólo los viales que contenían 10 emisores o aire mostraron una diferencia significativa en el rendimiento (ANOVA de una vía p = 0,0001, comparación post-test múltiple de Dunnett). Los 40 respondedor moscas se les dio 1 min. para decidir entre un vial fresco y un vial que contiene DSO (n = 3 repeticiones internas por ensayo, 3 ensayos independientes, gráficos de barras representan la media ± sem)
Figura 4. Tiempo de Elección y los antecedentes genéticos de moscas de la fruta afectan la respuesta a DSO. Canton-S y genotipos Elwood muestran una evasión más fuerte de la DSO de Oregon y Samarkand (p <0,05 *, t-test comparando a Cantón-S). Responder moscas se les dio 1 min. decidir entre un vial fresco y un vial que contiene DSO (n = 4-5 repeticiones internas por ensayo, 2 ensayos independientes, gráficos de barras representan la media ± sem)
Este protocolo describe un procedimiento detallado para el ensayo de evitación social. Canton-S sólo evitará un vial en el que vuela han sido previamente tensionados mecánicamente, y que el sexo y el número de pacientes que respondieron no afecta que el rendimiento de evitación social. Sin embargo, los antecedentes genéticos de los respondedores tiene una gran influencia.
Los siguientes son varios pasos críticos para llevar a cabo este experimento con éxito: 1) siempre transferir las moscas de 2 horas antes del experimento y asegúrese de no molestar a su entorno; 2) realizar el experimento siempre a la misma hora del día, idealmente entre el tiempo Zeitgeber ZT5 (horas después de la aparición de la luz) y ZT9 para reducir la variación en el rendimiento vinculado a ritmo circadiano y por lo tanto posible variación en los niveles de locomoción y de actividad; 3) tomar nota de las condiciones de temperatura y humedad al realizar el experimento; una temperatura alrededor de 23-25 ° C y una humedad por encima de 30% son los mejores; 4) asegúrese de no disturb aparato T-laberinto durante el tiempo de decisión moscas; 5) asegúrese de ventilar los viales frescos por lo menos 24 horas antes de usarlos; y 6) durante el experimento es importante cambiar siempre la ubicación del vial de la prueba en el aparato de laberinto en T para evitar preferencia a un lado de la T-laberinto. Aunque las pruebas adicionales deben realizarse para confirmar esto, empíricamente parece que el DSO escapa el vial "estrés" en menos de 5 min. En contraste, parece que las moscas son capaces de emitir el DSO hasta 1 hr después de ser subrayado.
Hay varias consideraciones que deben tenerse en cuenta en el protocolo. La correlación entre la edad de la mosca y social evitación es actualmente desconocido. Por lo tanto, se recomienda realizar el experimento con no más de dos semanas de edad moscas a 25 ° C, ya que los cambios de comportamiento asociados con el envejecimiento no aparecen antes de que los 37 años. Moscas apareadas (sexos mixtos alojados) se recogen para el experimento comose desconoce cómo la emisión DSO se ve afectada por el estado de acoplamiento de las moscas. Aunque la salida del comportamiento de evitación DSO no se ve afectada por el sexo, la circuitería cerebral subyacente puede ser dimorfismo sexual, y es aconsejable no mezclar hombres y mujeres moscas. Por último, una reducción en el número de emisor vuela conduce a una disminución en la evitación, probablemente relacionada con una disminución en total DSO emitida. Sin embargo, lo suficientemente DSO todavía está presente con sólo 10 moscas, que conduce a una evitación robusto y reproducible.
Reducción del tiempo de decisión de las moscas de respuesta de 60 segundos a 30 segundos, también se traduce en una reducción de la PI para el Cantón-S vuela. Esto se puede utilizar como una herramienta para discriminar para las condiciones o mutaciones en los que las moscas realizar mejor que Canton-S. Por lo tanto, en su estado actual, el ensayo de evitación social se puede utilizar como un paradigma de comportamiento para probar el efecto de los genes y el medio ambiente en evitar DSO. Después de dominar la técnica, los futuros pasos se pueden tomarincorporar el tiempo de decisión ideal para evitar DSO y el número exacto de moscas emisor que se deben utilizar para obtener el ensayo de evitación social para trabajar de manera óptima.
Una limitación que surgiría en los mutantes de prueba puede ocurrir si los encuestados tienen mala locomoción. Determinar experimentalmente un tiempo de elección ya para estos mutantes pueden contrarrestar tan pobre locomoción. Del mismo modo, vuela con deficiencias sensoriales que impidan la detección de CO 2 - un componente importante de la DSO, o el otro componente desconocida de la DSO no serían capaces de ser probado en este ensayo.
Actualmente no hay ningún otro ensayo permite la cuantificación de esta respuesta. Aunque se demostró que el CO 2 es un componente de la DSO 19, otros componentes de la señal, así como los neurotransmisores implicados en la elección hecha para evitar otros individuos estresados aún no se han determinado. Del mismo modo, el mecanismo que acciona el flies para emitir el DSO no se conoce. Este ensayo actualmente se puede utilizar como una parte superior banco de ensayo de diagnóstico adicional para la determinación del perfil social y en general del comportamiento de un mutante, o tratamiento medio ambiente. Por ejemplo, se puede comparar y contrastar la cuantificación del espacio social, es decir, la distancia al vecino más cercano de 23 años, a la evitación social de moscas estresados. Ambos comportamientos requieren responder a la presencia de otras personas, y tomar la decisión de acercarse o evitarlos. Estas son formas muy simple pero potente para diseccionar los circuitos del cerebro y los neurotransmisores implicados. Estos paradigmas de comportamiento también tienen un enorme potencial para ser utilizado con fines de selección.
The authors declare that they have no competing financial interests.
We thank Rachelle Kanippayoor for her help in identifying the new wild-type strain as being of the melanogaster species. R.W.F, O.F. and A.F.S were responsible for research design; R.W.F, M.N. and O.F. performed the experiments. R.W.F, M.N., O.F. and A.F.S. analyzed the data; R.W.F., I.S.M. and A.F.S. wrote the manuscript.
This work was supported by PSC-CUNY research awards, jointly funded by The Professional Staff Congress and The City University of New York to A.F.S.; by internal funding from Western University to A.F.S. and I.S.M.; by a training support from the National Alliance for Hispanic Health’s Alliance/Merck Ciencia (Science) Hispanic Scholars Program and a University Fellowship from the Yale Graduate School of Arts and Sciences to R.W.F.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Stereo Zoom Microscope | Nikon | SMZ-645 | Any other standard scope for fly handling would work |
Small paint brushes | for pushing flies | ||
Porous Polyethylene, 12" x 12" Sheet | Flystuff - Genesee | 46-100 | http://www.flystuff.com/ProductInfo.php?productID=46-100 Porous Plastic sheet for the cold anesthesia box |
Mini-Alarm Timer/Stopwatch | |||
Sharpie pens | |||
Adhesive Tape | |||
Mini vortex | Fisher | 14-955-151 | http://www.fishersci.com/ecomm/servlet/itemdetail For mechanical agitation of the flies - any vortex would work. |
Corning Life Sciences DL No.:352017, Falcon test tube; round bottom; disposable; no closure, 14 ml; 17 x 100 mm | Fisher | 14-959-8 | http://www.fishersci.com/ecomm/servlet/itemdetail?storeId=10652&langId=-1&catalogId=29104&productId=2771811&distype=0&highlightProductsItemsFlag=Y&fromSearch=1&searchType=PROD&hasPromo=0 These snap in place in the in-house made T-maze and counter-current apparatus (see text) |
cotton balls | to close the vials after the experiment. | ||
trifold board and white bench cover | to provide a white background, and a homogeneous light. | ||
white bench cover | |||
pounding pad | any mouse pad works. | ||
large black cloth | to cover the counter-current apparatus in phototaxis response. | ||
cool-white light | Home Depot | 1000516563 | http://www.homedepot.ca/product/illume-26-fluorescent-plug-in-linear/911423 any similar linear light with fluorescent light bulb cool-white at 13-15 W would work |
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