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.
L'obiettivo di questo metodo è di quantificare facilmente un nuovo aspetto del semplice comportamento sociale in Drosophila melanogaster, indipendente dalla corteggiamento e aggressività.
Interazioni sociali sono fondamentali per il corretto sviluppo e la salute delle persone all'interno di una società, così come la funzionalità di un gruppo sociale nel suo complesso. La complessità di queste interazioni richiede campioni di grandi dimensioni e di un sistema che consente una semplificazione del comportamento come basi genetiche e neurali del comportamento sociale sono ancora poco conosciuti. Drosophila melanogaster è un modello genetico potente che può essere utilizzato per identificare il genetica e basi neurali delle interazioni sociali. Infatti, D. melanogaster ha un repertorio di comportamenti sociali complessi e alcune misure dirette di socializzazione sono già stato fatto 1-7. Tuttavia, la maggior parte di questi sforzi sono stati concentrati sui comportamenti sociali relativamente complessi, come aggresinterazioni sive 3,6, vari aspetti del corteggiamento 3,8-12, e come i social esperienza influisce altri comportamenti quali l'apprendimento, o il ritmo circadiano 13-17. Inoltre, molti di questi test si basano su analisi di modelli di interazione complesse di gruppi di mosche, con il monitoraggio di video e software per analizzare l'abbondanza risultante dei dati. Tali analisi hanno un valore inestimabile, e portare a nuove importanti informazioni quali la dinamica delle interazioni fly-fly in gruppi 7. Un limite, però, è l'inaccessibilità di questi test per la comunità in generale, e la limitata conoscenza dei meccanismi alla base il riconoscimento degli altri. In altre parole, la base dell'emissione di un segnale da un individuo e il suo riconoscimento da un altro è ancora scarsamente compreso 18.
Al contrario, vola anche mostrare un comportamento semplice, evitamento sociale, in cui gli individui si muovono da un segnale emesso da mosche sollecitate: la D. Melanogaster stress odorizzante o DSO 19. In un saggio ad alta prestazione, questo comportamento può essere quantificato come la prevenzione di un segnale di stress emesso da altre mosche, o evitamento sociale 19. Mosche sono posti in un apparecchio T-labirinto e data la scelta per evitare una fiala contenente DSO. Utilizzando questo test, CO 2 ha dimostrato di essere un componente del DSO, e parte del circuito neuronale necessario per rispondere a CO 2 è stato dissezionato 19.
Il saggio evitamento sociale qui presentato è simile concettualmente ai semplici test comportamentali sviluppati nel laboratorio di Seymour Benzer che hanno permesso generazioni di ricercatori per analizzare comportamenti complessi 20. Analisi di evitamento sociale può essere effettuata conveniente utilizzando il test T-maze, consentendo un più ampio studio del comportamento sociale. Ad esempio, utilizzando questo test abbiamo recentemente dimostrato che i diversi rischi genetici per l'autismo hanno effetti contrastanti in b socialesaggi ehavior. Mutanti di un gene candidato per l'autismo - neurobeachin 21,22 - carenze presenti sia nello spazio sociale (descritte altrove 23) e l'evitare sociale 24. Segnalazione dopaminergico anomala si propone anche di svolgere un ruolo nell'eziologia dell'autismo negli esseri umani 25,26. In contrasto con i risultati ottenuti con neurobeachin, abbiamo scoperto che le prestazioni evitamento sociale è stata influenzata da un aumento o diminuzione dei livelli di Drosophila vescicolare Monoamino Transporter (VMAT) in cellule dopaminergiche, anche se lo spazio sociale è direttamente correlata a questi livelli di VMAT 27. I risultati ottenuti con contrasto neurobeachin e VMAT sottolineano la possibilità di individuare varie forme di comportamento asociale, e quindi le differenti circuiterie neurali sottostanti modulano la risposta ad altri.
1. Attrezzature e reagenti creati in-house (vedi elenco dei materiali per gli altri)
NOTA: La T-maze può essere utilizzato anche per altri scopi, come descritto da 28.
2. Preparare le mosche prima dell'esperimento
1-2 giorni prima di eseguire l'esperimento:
2 ore prima di eseguire l'esperimento:
3. Eseguire l'esperimento sociale Prevenzione
4. Analizzare i dati sociale Prevenzione
5. Generare fiale precedentemente occupato da mosche non accentate - Eseguire Invece di 3,5-3,6
Il saggio evitamento sociale è una prova robusta quantificare la capacità di Drosophila melanogaster riconoscere un segnale di stress (DSO) emessa da altri mosche, e valutare quindi un aspetto delle interazioni sociali. Il test viene eseguito utilizzando un apparecchio comunemente usato in vari saggi comportamento noto come T-labirinto, che presentano in linea con una scelta tra due diverse opzioni - a sinistra oa destra 19,28-31. In questo caso, l'efficienza con cui linea evitano il DSO è quantificato calcolando e confrontando il loro indice di prestazione (PI). Una PI di zero indica una distribuzione 50-50 o nessun evitamento, mentre un PI 100 indica che tutte le mosche evitato il DSO. E un PI di -100 indica che tutte le mosche sono andati all'interno del flaconcino DSO.
Le mosche sono presentati con una fiala contenente DSO emessa da mosche meccanicamente agitati, e un fresco (DSO-gratuito) flacone. Rappresentante dei risultati qui presentati sottolineano il strength di questo test, così come alcune condizioni note necessarie per ottenere i migliori risultati.
Evitare DSO non è il sesso specifico, ma dipende da mosche di essere sottolineato. Il sesso di mosche responder ha alcun effetto sulla loro evitare DSO (Figura 1). Tuttavia, non è sufficiente per mosche hanno occupato flaconcino prova per ottenere una annullamento del flacone, in linea devono essere sottolineato - in questo caso agitato meccanicamente (Figura 1). Se non mosche avevano occupato la fiala di prova, o se le mosche sono entrati e usciti dal flaconcino, senza stress con fototassi, i soccorritori suscitano alcuna preferenza come precedentemente riportato 19.
Sebbene la figura 1 riproduce risultati noti, è anche un esempio del tipo di dati ottenuti con condizioni sub-ottimali. Con solo 2 a 5 ripetizioni interne, e senza prove indipendenti, le barre di errore rappresentano la gamma. Tuttavia, vi è una significativa differisconoza tra fiale precedentemente occupati da mosche stressati e mosche non stressati o vuoto, come riportato in precedenza 19. In questo contesto, le mosche mostrano ancora una forte PI di evasione. Ciò sottolinea la robustezza del test. Inoltre, il PI per la scelta tra due fiale freschi è negativo (diverso da 0, per le femmine p <0,05, e sesso pooled p <0.01). Questo indica una preferenza per un lato del T-labirinto, o una polarizzazione a causa di un piccolo campione. Questa limitazione può essere contrastata alternando il lato in cui il flacone in esame viene posto sul T-labirinto replicati interne, come fatto nei successivi esperimenti presentati.
Nonostante la mancanza di effetto sesso in risposta al DSO, responders sono stati separati per sesso per evitare possibili effetti confondenti. Ad esempio, nel caso di mutazioni che potrebbero avere effetti sesso-specifici, come quelli che interessano i geni coinvolti nella olfattiva segnalazione 36. I seguenti representati ve risultati si concentrano sulle risposte maschili, ed emettitori sessuali misti.
Evitare DSO è indipendente dal numero di mosche responder testati.
Precedenti esperimenti 19 hanno usato uno standard di 40 Canton-S mosche nei test evitamento sociale, che ha mostrato una elevata PI, che indica che la maggior parte delle mosche preferito il flacone DSO-free fresco. Per testare l'effetto delle dimensioni del gruppo sulla PI dei risponditori, un intervallo di 10-80 mosche stata determinata, come si vede in figura 2. Stata eseguita almeno due prove indipendenti e tre repliche interne per prova. A t-test non ha mostrato significatività statistica quando si confronta il PI di ciascuno del diverso numero di mosche responder all'indice prestazioni del controllo (quaranta linea responder). Così, il numero di mosche responder ha alcun effetto sulla PI di DSO evasione e l'effetto che hanno sulla prevenzione mutazioni possono essere testati anche se mutanti sono disponibili in piccole quantità.
ent "> Maggior numero di emettitori vola porta a maggiore evitare DSO.Per determinare la misura in cui il numero di mosche emettitore colpito il DSO e la sua prevenzione, abbiamo provato anche l'effetto della quantità di mosche stressati. In esperimenti ultimi 19, e questo protocollo, hanno utilizzato uno standard di 70 Canton-S mosche. Ora testato 10-160 mosche emettitore (Figura 3). Le prestazioni di evasione è direttamente correlata al numero di emettitori, anche se non c'è aumento di evasione con oltre 80 emettitori. È interessante notare che, una evasione sostanziale è stato ancora individuato con solo il 10 ha sottolineato mosche. Di nuovo, questo consentirebbe testare le capacità di emissione di alcuni mosche alla volta.
Background genetico influisce sulle prestazioni di evitare DSO.
Drosophila melanogaster è un forte organismo modello per studi genetici. Così è stato importante determinare se il dosaggio può essere usato per DISCRiminate diversi background genetico. La risposta di quattro diversi tipi di bosco è stata misurata (Canton-S, Oregon-R, Samarcanda e Elwood) rispetto al loro evitamento di DSO emessa dal Cantone-S (Figura 4). Canton-S e Elwood hanno una PI superiore rispetto a Oregon e Samarcanda (p <0.05). Questi risultati dimostrano che vi è una componente genetica sottostante evitare DSO, e che questo test ha il potere di effettuare uno studio di questa influenza genetica.
Periodo di tempo scelta influisce sulle prestazioni.
L'insieme di dati rappresentativi presentato nelle figure 1, 2, 3 e 4 illustrano anche l'effetto di intervallo di tempo dato ai soccorritori decidere quale fiala evitano. Quando responders Canton-S sono dati 30 a 45 secondi per scegliere il flacone preferito, in genere raggiungono prestazioni di tutto PI = 55 (Figura 2, rispettivamente maschi PI= 57 ± 2; e 52 ± 11). Quando somministrato 60 sec, le loro prestazioni è superiore, come si vede nella figura 4 (PI = 77 ± 6.5).
Figura 1. Evitare DSO non è il sesso specifico, ma dipende da mosche di essere sottolineato. I grafici a barre rappresentano la gamma media ± del PI di evitare una fiala del odore di stress lasciato da mosche agitati (DSO). I maschi (in rosso), e le femmine (arancione) sono state testate insieme (marrone), e poi contati dopo l'esperimento. Le mosche prestazioni simili, indipendentemente dal sesso (ANOVA a due vie). Ma evitate solo una fiala DSO pieno in cui vola era stato già sottolineato (meccanicamente agitato), e non in una fiala che vola non era stato sottolineato (entrando e uscendo dal flacone fototassi, p <0.05, più confronto post di Tukey test), o flacone fresco (p <0,001, più confronto post-test di Tukey). InInoltre, non vi era alcuna differenza statistica tra la fiala fresco e condizioni di mosche non stressati, nonostante un pregiudizio dell'esperimento fresca flacone - n = 2-5 replica con 40 di sesso misto vola ciascuno, con 45 secondi di tempo scelta (n = 3 per fresco fiale, n = 2 per flaconcino con file non-stress, n = 5 per flaconcino con mosche sollecitati).
Figura 2. Evitare DSO è indipendente dal numero di mosche testati. Dati rappresentante mostra che il numero di Canton-S mosche risponditore nel T-labirinto ha alcun effetto sulla evitamento sociale del DSO. Mosche Responder sono stati dati 30 secondi per decidere tra una fiala nuova e un flaconcino contenente DSO (n = 2-6 replicati interni al processo, 1-2 prove, almeno 5 punti di dati per condizione, grafici a barre rappresentano la media ± sem)
Figura 3. Aumento del numero di emettitori porta ad aumentare la DSO evasione. Dati Rappresentante mostra che il numero di Canton-S mosche emettitore colpisce il DSO e la sua evasione (crescente tonalità di rosso indica aumento del numero di mosche emettitore, con 70 emettitori delineate in blu ). Rispetto a 70 emettitori, solo le fiale contenenti 10 emettitori o aria mostrato una differenza significativa nelle prestazioni (ANOVA p = 0,0001, multiple confronto post-test di Dunnett). Le 40 mosche responder sono stati dati 1 min. di decidere tra una fiala fresco e una fiala contenente DSO (n = 3 replicati interne per prova, 3 studi indipendenti, grafici a barre rappresentano la media ± sem)
Figura tempo 4. Scelta e background genetico dei moscerini della frutta influenzano la risposta al DSO. Canton-S e genotipi Elwood mostrano una forte evasione del DSO di Oregon e Samarkand (p <0.05 *, t-test a confronto a Canton-S). Mosche Responder sono stati dati 1 min. di decidere tra una fiala fresco e una fiala contenente DSO (n = 4-5 replicati interne per prova, 2 studi indipendenti, grafici a barre rappresentano la media ± sem)
Questo protocollo descrive una procedura dettagliata per il saggio evitamento sociale. Canton-S eviterà solo una fiala in che vola in precedenza stato meccanicamente sottolineato, e che il sesso e il numero di responder non influenza che le prestazioni evitamento sociale. Tuttavia, background genetico dei soccorritori ha una grande influenza.
Di seguito sono riportati alcuni passaggi critici per l'esecuzione di questo esperimento con successo: 1) il trasferimento sempre in linea 2 ore prima dell'esperimento e fare attenzione a non disturbare il loro ambiente; 2) effettuare l'esperimento sempre alla stessa ora del giorno, idealmente tra tempo Zeitgeber ZT5 (ore dopo l'inizio della luce) e ZT9 ridurre variazione delle prestazioni legata ritmo circadiano e quindi possibile variazione nei livelli di locomozione e di attività; 3) osservare le condizioni di temperatura e umidità durante l'esecuzione dell'esperimento; una temperatura di circa 23-25 ° C e umidità superiore al 30% è migliore; 4) fare attenzione a non disturb l'apparato T-labirinto durante il tempo di decisione mosche; 5) fare in modo di aerare le fiale freschi, almeno 24 ore prima del loro utilizzo; e 6) durante l'esperimento è importante modificare sempre la posizione del flacone di prova nell'apparecchiatura T-maze evitare preferenza ad un lato del T-labirinto. Sebbene ulteriori test devono essere fatte per confermare questo, empiricamente sembra che il DSO sfugge la fiala "stress" in meno di 5 min. Al contrario, sembra che mosche sono in grado di emettere la DSO fino a 1 ora dopo essere sottolineato.
Ci sono diverse considerazioni che devono essere presi in considerazione nel protocollo. La correlazione tra l'età di volo e sociale evitamento è attualmente sconosciuto. Pertanto, si raccomanda di eseguire l'esperimento con non più di due settimane di età in linea a 25 ° C, come cambiamenti comportamentali associati all'invecchiamento non sembrano prima che 37 anni. Mosche accoppiate (sessi misti alloggiati) sono raccolti per l'esperimento comenon si sa come l'emissione DSO è influenzata dallo stato di accoppiamento delle mosche. Anche se l'uscita del comportamento di evitamento DSO non è influenzata dal sesso, il circuito cerebrale sottostante può essere dimorfismo sessuale, e si consiglia di non mescolare maschile e mosche femmine. Infine, una riduzione del numero di emettitore vola porta ad una diminuzione della prevenzione, probabilmente legato a una diminuzione complessiva DSO emessa. Tuttavia, abbastanza DSO è ancora presente con solo 10 mosche, portando ad una evasione robusta e riproducibile.
Riduzione del tempo decisione del risponditore in linea da 60 sec a 30 sec, si traduce anche in una riduzione del PI per Canton-S mosche. Questo può essere usato come strumento per discriminare per condizioni o mutazioni che vola migliore del Canton-S. Quindi, allo stato attuale, il saggio evitamento sociale può essere usato come un paradigma comportamentale per testare l'effetto dei geni e dell'ambiente DSO evitamento. Dopo aver imparato la tecnica, misure future possano essere preseincorporare il tempo di decisione ideale per DSO evasione e il numero esatto di mosche emettitore che devono essere utilizzati per ottenere il test evitamento sociale per lavorare in modo ottimale.
Una limitazione che potrebbe sorgere in mutanti di test si può verificare se i soccorritori hanno scarsa locomozione. Sperimentalmente determinare un tempo di scelta maggiore per questi mutanti possono contrastare tale scarsa locomozione. Analogamente, mosche carenze sensoriali che impedirebbero il rilevamento di CO 2 - una componente importante del DSO, o altro componente sconosciuta del DSO non sarebbero in grado di essere testati in questo saggio.
Attualmente non esiste altro saggio permettendo la quantificazione di questa risposta. Anche se è stato dimostrato che il CO 2 è un componente del DSO 19, altri componenti del segnale, così come neurotrasmettitori coinvolti nella scelta fatta per evitare altri individui stressati non sono ancora state determinate. Analogamente, il meccanismo che guida il flies per emettere il DSO non è noto. Questo test può attualmente essere usato come un test diagnostico banco aggiuntivo per la determinazione del profilo comportamentale sociale e complessiva di un mutante o un trattamento ambiente. Ad esempio, si può confrontare e contrapporre la quantificazione dello spazio sociale, vale a dire, la distanza dal vicino più prossimo 23, per evitare sociale di mosche stressati. Entrambi i comportamenti richiedono risposta alla presenza di altri individui, e prendere la decisione di avvicinarsi o evitarli. Questi sono modi molto semplici ma potenti di sezionare circuiti cerebrali e neurotrasmettitori coinvolti. Questi paradigmi comportamentali hanno anche un enorme potenziale per essere utilizzato per scopi di screening.
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 |
Richiedi autorizzazione per utilizzare il testo o le figure di questo articolo JoVE
Richiedi AutorizzazioneThis article has been published
Video Coming Soon