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.
O objetivo deste método é quantificar facilmente um novo aspecto do comportamento social simples em Drosophila melanogaster, independente do namoro e agressão.
As interações sociais são cruciais para o bom desenvolvimento e saúde dos indivíduos dentro de uma sociedade, bem como a funcionalidade de um grupo social como um todo. A elevada complexidade destas interacções exige grandes tamanhos de amostra e um sistema que permite a simplificação do comportamento como as bases genéticas e neurais do comportamento social são ainda pouco compreendidos. Drosophila melanogaster é um poderoso modelo genético que pode ser usada para identificar os factores genéticos e bases neurais de interações sociais. Com efeito, D. melanogaster tem um repertório de comportamentos sociais complexos e algumas medições diretas de socialização já foram feitas 1-7. No entanto, a maioria desses esforços têm sido focados em comportamentos sociais relativamente complexas, como aggresinterações sive 3,6, vários aspectos do namoro 3,8-12, e como experiência social afeta outros comportamentos como a aprendizagem, ou ritmo circadiano 13-17. Além disso, muitos desses ensaios dependem de analisar os padrões de interacção complexas de grupos de moscas, usando o acompanhamento de vídeo e software de computador para analisar a abundância resultante de dados. Essas análises são de valor inestimável, e levar a novos conhecimentos importantes, como a dinâmica das interações fly-fly em grupos de sete. Uma limitação, no entanto, é a inacessibilidade destes ensaios para a comunidade em geral, e o limitado conhecimento dos mecanismos subjacentes reconhecimento dos outros. Em outras palavras, com base na emissão de um sinal por um indivíduo e o seu reconhecimento por outro ainda está mal compreendida 18.
Em contraste, as moscas também exibem um comportamento simples, evitação social, onde os indivíduos se afastar de um sinal emitido por moscas estressados: o D. Melanogaster Estresse Odorant ou DSO 19. Em um ensaio de elevado débito, este comportamento pode ser quantificada como a prevenção de um sinal de tensão emitida por outros, moscas ou evitação social 19. As moscas são colocadas num aparelho de labirinto em T e dada a opção de evitar um frasco contendo DSO. Utilizando este ensaio, CO 2 mostrou ser um componente do DSO, e parte do circuito neural necessário para responder ao CO 2 foi dissecada 19.
O ensaio de evitação social aqui apresentada é semelhante conceitualmente para os ensaios comportamentais simples desenvolvido no laboratório de Seymour Benzer que permitiram gerações de pesquisadores para dissecar comportamentos complexos 20. Análise de evitação social pode ser levada a cabo de forma eficaz em termos de custos, utilizando o ensaio de labirinto em T, para permitir um estudo mais generalizada do comportamento social. Por exemplo, com este ensaio que recentemente demonstrou que diferentes riscos genéticos para autismo têm efeitos contrastantes em b sociaisensaios ehavior. Mutantes para um gene candidato para o autismo - neurobeachin 21,22 - deficiências presentes tanto no espaço social (descritos em outros 23) e evitação social 24. Sinalização dopaminérgica anormal também é proposto para desempenhar um papel na etiologia de autismo em humanos 25,26. Em contraste com os resultados obtidos com neurobeachin, descobrimos que o desempenho evitação social não foi afectada por um aumento ou diminuição dos níveis de Drosophila vesicular da monoamina transportador (VMAT) em células dopaminérgicas, embora espaço social foi directamente correlacionada com estes níveis de VMAT 27. Os resultados contrastantes obtidos com neurobeachin e VMAT ressaltam a possibilidade de identificar várias formas de comportamento anti-social e, assim, os diferentes circuitos neurais subjacentes modulando a resposta para os outros.
1. equipamentos e reagentes criados em casa (Veja a lista de material para os outros)
NOTA: O labirinto em T pode também ser utilizado para outros fins, como descrito por 28.
2. Preparar as moscas antes do experimento
1-2 dias antes de realizar o experimento:
2 horas antes da realização do ensaio:
3. a realização do experimento evitação social
4. Analisando os dados evitação social
5. Gerar frascos anteriormente ocupado por Flies átonas - Realizar Em vez de 3,5-3,6
O ensaio de evitação social é um ensaio robusto quantificar a capacidade de Drosophila melanogaster para reconhecer um sinal de tensão (DSO) emitidos por outras moscas, e avaliando assim um aspecto de interacções sociais. O ensaio é realizado utilizando um aparelho comumente usado em vários ensaios de comportamento conhecido como T-labirinto, que apresentam as moscas com uma escolha entre duas opções diferentes - a esquerda ou direita 19,28-31. Neste caso, a eficiência com que as moscas evitar o DSO é quantificado por cálculo e comparando o seu índice de desempenho (PI). Um PI de zero indica uma distribuição não se evita ou 50-50, enquanto um PI de 100 indica que todas as moscas evitado o DSO. E a PI de -100 indicaria que todas as moscas foi dentro do frasco DSO.
As moscas são apresentados com um frasco contendo DSO emitida por moscas mecanicamente agitados, e um fresco (DSO-free) frasco. Os resultados representativos aqui apresentados ressaltam a strength deste ensaio, bem como algumas condições conhecidas necessárias para obter melhores resultados.
Evitar DSO não é sexo específico, mas depende de moscas que está sendo forçada. O sexo de moscas respondedoras não tem efeito sobre a sua prevenção de DSO (Figura 1). No entanto, não é suficiente para as moscas ter ocupado o tubo de ensaio para provocar uma fuga do que frasco, as moscas deve ter sido forçado - neste caso, agitado mecanicamente (Figura 1). Se não há moscas tinham ocupado o frasco de teste, ou se as moscas ter entrado e saído do frasco, sem stress usando phototaxis, os respondedores provocar nenhuma preferência como foi relatado anteriormente 19.
Embora a Figura 1 reproduz resultados conhecidos, também é um exemplo do tipo de dados obtidos em condições sub-óptimas. Com apenas 2-5 repetições internas, e há estudos independentes, as barras de erro representam o intervalo. No entanto, existe uma significativa diferemcia entre frascos previamente ocupadas por moscas estressados e moscas não estressado ou vazio, conforme relatado anteriormente 19. Neste contexto, as moscas ainda apresentam uma forte PI de evasão. Isso reforça a robustez do ensaio. Além disso, o PI para a escolha entre dois frascos frescos é negativo (diferente de 0, para o sexo feminino p <0,05, e reunidas sexo p <0,01). Isto indica uma preferência para um lado do labirinto em T, ou uma tendência devida ao pequeno tamanho da amostra. Esta limitação pode ser contrariada por alternando o lado em que o tubo de ensaio é colocado no labirinto-T nas repetições internas, como é feito nas experiências subsequentes apresentados.
Apesar da falta de efeito do sexo na resposta para o DSO, respondedores foram separados por sexo para evitar possíveis efeitos de confusão. Por exemplo, no caso de mutações que possam ter efeitos específicos do sexo, tais como as que afectam os genes envolvidos em sinalização 36 olfactiva. Os seguintes representati ve resultados concentrar em respondedores macho, e os emissores de sexo misto.
Prevenção da DSO é independente do número de moscas que respondem testados.
Experimentos anteriores 19 usaram um padrão de 40 Canton-S voa em testar evitação social, que mostrou uma alta PI, indicando que a maioria das moscas preferiu o frasco DSO-livre fresco. Para testar o efeito do tamanho do grupo no PI dos respondedores, uma gama de 10-80 moscas foi testada, como pode ser visto na Figura 2. Um mínimo de dois ensaios independentes e três repetições internas em cada experiência foi realizada. A t-teste não mostrou significância estatística na comparação entre o PI de cada um dos diferentes número de moscas de resposta para o índice do controle (quarenta respondedor moscas) performance. Assim, o número de moscas que respondem não tem nenhum efeito sobre a prevenção de PI DSO e o efeito que tem sobre evasão mutações pode ser testado mesmo se mutantes estão disponíveis em pequenas quantidades.
ent "> Maior número de emissores voa leva a uma maior prevenção da DSO.Para determinar a extensão para a qual o número de moscas emissor afectado o DSO e na prevenção da mesma, também testaram o efeito da quantidade de moscas estressadas. Em experimentos últimos 19, e este protocolo, usaram um padrão de 70 Canton-S moscas. Nós agora testados 10 a 160 moscas emissor (Figura 3). O desempenho de evitação está directamente relacionada com o número de emissores, embora não haja aumento da evitação com mais de 80 emissores. Curiosamente, a evasão substancial ainda foi detectado com apenas 10 estressado moscas. Mais uma vez, isto permite testar as capacidades de emissão de alguns moscas de cada vez.
Base genética afeta o desempenho evasão DSO.
Drosophila melanogaster é um modelo forte organismo para estudos genéticos. Assim foi importante determinar se o ensaio pode ser usado para Discriminate diferentes origens genéticas. A resposta de quatro tipos selvagens diferentes foi medida (Canton-S, Oregon-R, Samarkand e Elwood) em relação à sua prevenção da DSO emitida pelo Canton-S (Figura 4). Canton-S e Elwood têm um PI superior em comparação com Oregon e Samarcanda (p <0,05). Estes resultados demonstram que há um componente genético subjacente a intenção de evitar o DSO, e que este ensaio tem o poder de executar um estudo desta influência genética.
Período de tempo escolha afetar o desempenho.
O conjunto de dados representativos apresentados nas Figuras 1, 2, 3 e 4 ilustram também o efeito do comprimento de tempo determinado para os respondedores ao decidir que evitam frasco. Quando Canton S-respondedores são dadas de 30 a 45 seg de escolher o seu frasco preferida, eles geralmente atingem resultados em torno PI = 55 (Figura 2, respectivamente machos PI= 57 ± 2; e 52 ± 11). Quando administrado 60 seg, o seu desempenho é mais elevada, como visto na Figura 4 (IP = 77 ± 6,5).
Figura 1. Evitar DSO não é sexo específico, mas depende de moscas que está sendo forçada. Os gráficos de barras representam a variação média ± da PI de evasão de um frasco o odor estresse deixada por moscas agitados (DSO). Os machos (a vermelho) e fêmeas (laranja) foram testados em conjunto (castanho), e, em seguida, contados após a experiência. As moscas realizada da mesma forma, independentemente do seu sexo (two-way ANOVA). Mas eles só evitou um frasco DSO-cheia em que voa já havia sido salientado (agitação mecânica), e não um frasco em que as moscas não tinha sido sublinhado (entrar e sair do frasco por phototaxis, p <0,05, pós de comparação múltipla de Tukey teste), ou frasco fresco (p <0,001, a comparação pós-teste múltipla de Tukey). EmAlém disso, não houve diferenças estatísticas entre o frasco fresco e condições não estressados moscas, apesar de um viés do experimento frasco fresco - n = 2-5 repetições com 40 sexo misto voa cada, com 45 segundos de tempo escolha (n = 3 para fresca frascos, n = 2 para o frasco com arquivos não-stress, n = 5 por frasco com moscas estressadas).
Figura 2. Prevenção de DSO é independente do número de moscas testada. Representativas de dados que mostra o número de Canton-S respondedoras moscas em labirinto em T não tem qualquer efeito sobre a prevenção social do DSO. Moscas resposta foram dadas 30 segundos para decidir entre um frasco de doce e um frasco contendo DSO (n = 2-6 repetições internas por julgamento, 1-2 ensaios, mínimo de 5 pontos de dados por estado, gráficos de barras representam a média ± SEM)
Figura 3. Aumento do número de emissores leva a aumentar a evasão DSO. Representante dados mostra que o número de Canton-S emissor moscas afeta o DSO e sua prevenção (crescente tom de vermelho indica aumento do número de moscas emissor, com 70 emissores esboçadas no azul ). Quando comparado com 70 emissores, apenas os frascos que continham 10 emissores ou aéreas mostraram uma diferença significativa no desempenho (one-way ANOVA p = 0,0001, a comparação pós-teste múltiplo de Dunnett). Os 40 moscas dada uma resposta foram min. para decidir entre um frasco e um frasco fresco contendo DSO (n = 3 repetições internas em cada experiência, três ensaios independentes, os gráficos de barras representam a média ± epm)
Figura tempo 4. Escolha e fundo genético de moscas de fruta afetar a resposta à DSO. Canton-S e genótipos Elwood exibir uma evasão mais forte do DSO de Oregon e Samarkand (p <0,05 *, t-teste comparando a Canton-S). Moscas de Resposta foi dada 1 min. decidir entre um frasco fresco e um frasco contendo DSO (n = 4-5 repetições internas por julgamento, 2 ensaios independentes, gráficos de barras representam a média ± SEM)
Este protocolo descreve um procedimento detalhado para o ensaio de evitação social. Canton-S só vai evitar um frasco em que voa tenham sido previamente stress mecânico, e que o sexo e número de respondentes que não afeta o desempenho evitação social. No entanto, a base genética dos respondentes tem uma grande influência.
Seguem-se vários passos críticos para a realização deste experimento com sucesso: 1) sempre transferir as moscas 2 horas antes do experimento e certifique-se de não perturbar o seu ambiente; 2) a realização da experiência sempre na mesma altura do dia, de preferência entre Zeitgeber ZT5 tempo (horas após o aparecimento de luz) e ZT9 para reduzir a variação no desempenho associada ao ritmo circadiano e, assim, possível a variação dos níveis de actividade de locomoção e; 3) observar as condições de temperatura e umidade, quando a realização do experimento; uma temperatura de cerca de 23-25 ° C e humidade superiores a 30% são os melhores; 4) ter certeza de não disturb o aparelho T-maze durante o tempo de decisão moscas; 5) certifique-se de arejar os frascos frescos, pelo menos, 24 horas antes de usá-los; e 6) durante a experiência é importante para alterar sempre a localização do tubo de ensaio no aparelho de labirinto em T para evitar a preferência de um lado do labirinto-T. Embora os testes adicionais precisam ser feitos para confirmar isso, empiricamente, parece que o DSO escapa do frasco "estresse" em menos de 5 min. Em contraste, parece que as moscas são capazes de emitir o DSO até 1 hora depois de ter sido forçado.
Há várias considerações que devem ser levados em conta no protocolo. A correlação entre a idade de evitar fly e social é atualmente desconhecido. Portanto, recomenda-se a realização do experimento com não mais do que duas semanas moscas velhas a 25 ° C, como mudanças comportamentais associadas com o envelhecimento não aparecem antes dessa idade 37. Moscas Mated (sexos mistos alojados) são recolhidos para o experimento comodesconhece-se qual a emissão de DSO é afectada pelo estado de acasalamento das moscas. Embora a saída de comportamento de evitação DSO não é afetado por sexo, os circuitos cerebrais subjacente pode ser dimorfismo sexual, e é aconselhável não misturar as moscas macho e fêmea. Finalmente, uma redução no número de moscas emissor conduz a uma diminuição na fuga, provavelmente associado a uma diminuição no DSO total emitida. No entanto, DSO suficiente ainda está presente com apenas 10 moscas, conduzindo a uma fuga robusta e reprodutível.
Redução do tempo de decisão das moscas de resposta de 60 seg a 30 seg, também resulta em uma redução do PI para Canton-S voa. Este pode ser usado como uma ferramenta para discriminar ou mutações para as condições em que voa melhor do que Canton-S executar. Assim, no seu estado actual, o ensaio de evitação social pode ser usada como um paradigma comportamental para testar o efeito de genes e para o ambiente em evitar DSO. Depois de dominar a técnica, podem ser tomadas medidas futuraspara incorporar o tempo de decisão ideal para evitar DSO e o número exato de moscas emissor que devem ser usados para obter o ensaio de evitação social para trabalhar de forma otimizada.
Uma limitação que surgiria em testes mutantes pode ocorrer se os respondentes têm má locomoção. Experimentalmente determinar um tempo maior escolha para estes mutantes podem contrariar essa má locomoção. Da mesma forma, as moscas com deficiências sensoriais que impediriam a detecção de CO 2 - um componente principal do DSO, ou outro desconhecido componente do DSO não seria capaz de ser testados neste ensaio.
Não há atualmente nenhum outro ensaio permitindo a quantificação dessa resposta. Embora tenha sido mostrado que o CO 2 é um componente do DSO 19, outros componentes do sinal, bem como neurotransmissores envolvidos na escolha feita para evitar outros indivíduos stress ainda não foram determinadas. Da mesma forma, o mecanismo que conduz o flies para emitir o DSO não é conhecido. Este ensaio pode actualmente ser utilizada como uma bancada de topo adicional ensaio de diagnóstico para a determinação do perfil de comportamento social e geral de um mutante, ou tratamento ambiente. Por exemplo, pode-se comparar e contrastar a quantificação do espaço social, ou seja, a distância para o vizinho mais próximo de 23, com a evitação social das moscas estressados. Ambos os comportamentos exigem resposta à presença de outras pessoas, e tomar a decisão de chegar perto ou para evitá-los. Estas são maneiras muito simples, mas poderosas para dissecar circuitos e neurotransmissores envolvidos cérebro. Estes paradigmas comportamentais também têm um enorme potencial para ser utilizado para fins de rastreio.
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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