Summary

A Single-fly-analys för födosöksbeteende i<em> Drosophila</em

Published: November 04, 2013
doi:

Summary

I denna video artikeln beskriver vi en automatiserad analys för att mäta effekten av hunger eller mättnad på luktberoende mat sökbeteende i den vuxna bananflugan Drosophila melanogaster.

Abstract

För många djur, främjar hunger förändringar i luktsystemet på ett sätt som underlättar sökandet efter lämpliga livsmedel källor. I denna video artikeln beskriver vi en automatiserad analys för att mäta effekten av hunger eller mättnad på luktberoende mat sökbeteende i den vuxna bananflugan Drosophila melanogaster. I en ljustät låda belyst med rött ljus som är osynligt för bananflugor, en kamera kopplad till anpassade datainsamling programvara övervakar positionen för sex flugor samtidigt. Varje fluga är begränsad till vandra i enskilda arenor som innehåller en mat lukt i centrum. Test arenor vilar på en porös våning som fungerar för att förhindra lukt ackumulering. Latens för att lokalisera luktkällan, ett mått som speglar lukt känslighet under olika fysiologiska tillstånd, bestäms av programvaruanalys. Här diskuterar vi de kritiska mekanik för att driva detta beteende paradigm och täcka specifika frågor om fluga loading, luktförorening, analystemperatur, datakvalitet, och statistisk analys.

Introduction

Staterna av hunger främjar två typer av begärs beteenden: mat sök-och konsumtions 1 mat. Denna enkla beteendeanalys är användbar för att studera kemotaktiska beteenden i samband med födosök 2,3. Specifikt, följer den fluga läge, gånghastighet och latens att hitta en livsmedels lukt mål. Latens för att hitta mat tjänar som mått för att mäta förändringar i känslighet flugans luktdetektionssystem nedströms förändringar i sin interna appetitive tillstånd. En manuell version av denna analys har tidigare använts för att visa GABA-B-receptorsignalering är viktigt för lukt lokalisering beteenden i vuxna flugor 3. Den nuvarande automatiserade versionen av analysen bidrog till studiet av hur kort neuropeptid-F (sNPF) signalering omformar lukt kartan i Drosophila och influenser appetitive beteenden 2.

Provningen utförs på en mörk, kontrollerad temperatur och luftfuktighet rum. Digitalvideokameror som anges ovan de klara akryl testplattor spårar flugor backlit av 660-nm LED-belysning. Information från kameran bearbetas i realtid av en dator stationerad bredvid testområdet. Vi använder datainsamling programvara för att spela in och spara koordinaterna för flyga positioner under testperioden.

I detta paradigm, är ämnet släpps ut i en arena som innehåller en livsmedels lukt i centrum, lukt objektet skapar en mat lukt lutning i arenan som inducerar mat sökbeteende i gylfen. Ett liknande lukt sökprotokoll har tillämpats mot studier av chemosensation i enstaka Drosophila larver 7. Medan andra beteendemässiga analyser såsom fyra fälts olfactometer 4,5 eller t-labyrint 6 utvärdera lukt aversion eller attraktion beteenden är detta paradigm bäst lämpade för att utvärdera luktkänslighet och kemotaxi beteenden.

Flera viktiga fördelar följa denna assay. Först tillåter det snabba förvärv av stora datamängder, eftersom datainsamling och analys är oftast automatiserade. För det andra, isolerar denna analys och mäter beteendet hos enskilda flugor, vilket eliminerar sociala lukt ledtrådar som kan påverka deras beteende. För det tredje, enkelheten i protokollet och enkel experimentell design gör analysen effektiv och lätt att lära andra.

Dessutom kan denna analys användas för att ytterligare undersöka neurala kretsar underliggande mat sökning beteende genom att kombinera det med den omfattande genetiska verktyg tillgängliga för Drosophila melanogaster 8. Targeted expression av transgener som tystnad eller exciterar neuroner kan uppnås med verktyg såsom GAL4-UAS-systemet såväl som UAS-shibire TS1, UAS-tetanus-toxin, och UAS-TRPA1 (B) transgener 9-12.

Protocol

1. Fly Insamling och svält Bakre de experimentella flugor under kontrollerade temperatur-och fuktighetsförhållanden (t.ex. 21 ° C, 50-60% relativ luftfuktighet) på en 12-timmars ljus / mörker-cykel. Samla kvinnliga flyger på dagen för eclosion och placera dem tillsammans med 4-5 hanar, i nya livsmedels flaskor (max 30 per flaska). Ålder flyger 2-5 dagar. Förbered kamrarna för fluga svält. Skjut en enda vävnad (4,8 x 8,4 tum) ner till botten av en tom plastfla…

Representative Results

Den dataanalys programvara och layout, ett exempel på detta kan ses i figur 1, används för att utvärdera varje fluga prestationer under sin 10 min rättegång enligt en rad kriterier för analys. Följande kriterier används för att avgöra om data från varje fluga kommer att användas för dataanalys och är utformade för att undanröja dessa flugor som inte kan utföra livsmedels sökuppdrag på grund av skada, sjukdom, stress eller brist på motivation. Flugor som …

Discussion

I detta protokoll, beskriver vi en steg-för-steg-förfarande för mat sökbeteende analysen. Förutom livsmedelsrelaterade lukter, kan det också vara anpassad för att studera flugan förmåga att lokalisera andra luktobjekt. Till exempel kan den tillämpas mot studiet av mate lokalisering beteende manliga flugor 3 Det finns flera ytterligare överväganden för detta protokoll som vi kommer att nämna här om detta förfarande.:

Först bestämmer uppfödning temperaturen hur l?…

Divulgations

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Detta arbete stöddes av forskningsanslag till JWW från National Institute of Health (R01DK092640) och National Science Foundation (0.920.668).

Materials

Name of Reagent/Material Company Catalog Number Comments
Apple Cider Vinegar Spectrum commercially available
Agarose, Type VII Sigma-Aldrich A0701 low gelling temperature agarose
Acrylic Testing Plate custom Plate contains 6 arenas. Each arena is 60 mm in diameter 6 mm in height. See testing plate diagrams for specific measurements.
LabVIEW V.8.5 National Instruments 776670-09 platform for programs: PositioningTool.vi, FlyTracking–Six Zones.vi NOTE: "elapsed time.vi", "time into file.vi", and "two object detect.vi" are included subroutines that must be available in order for the main data acquisition program "FlyTracking–Six zones.vi" to run.
LabVIEW Vision 8.5
LabVIEW Vision Acquisition Software 8.5
LabVIEW Vision Builder AI 3.5
Igor Pro V.6 Wavemetric, Inc. platform for macro: Data Analysis for Fly Tracking–Six Zones
Basler scA1390-17fm National Instruments 779980-01 Digital Camera NOTE: driver for camera available at Baslerweb.com
8 mm lens National Instruments 780024-01 Lens for Basler Digital Camera
Ground Glass Diffuser Plate Edmund Optics custom Diffuses light, 25 cm x 30 cm
US Std. No. 100 Fischer Scientific 04-881X Sieve with nominal opening of 150 μm
Lighting Option 1
LED backlight 660 nm (20 cm x 20 cm) Spectra West BL47192 a simpler but more expensive lighting option.
Power Supply for LED Backlight Spectra West
Lighting Option 2
660 nm LEDs Superbrightleds RL5R1330 Wavelength 660 nm (approximately 7 x 7 LED array for a 14.7 inch x 9.75 inch panel)
Linear DC Power Supply GW Instek GPS-1830D Power supply for LED Panel
Solderless Breadboard Digikey 922354-ND Breadboard for LEDs

References

  1. Dethier, V. G. . The hungry fly : a physiological study of the behavior associated with feeding. , (1976).
  2. Root, C. M., Ko, K. I., Jafari, A., Wang, J. W. Presynaptic facilitation by neuropeptide signaling mediates odor-driven food search. Cell. 145, 133-144 (2011).
  3. Root, C. M., et al. A presynaptic gain control mechanism fine-tunes olfactory behavior. Neuron. 59, 311-321 (2008).
  4. Semmelhack, J. L., Wang, J. W. Select Drosophila glomeruli mediate innate olfactory attraction and aversion. Nature. 459, 218-223 (2009).
  5. Faucher, C., Forstreuter, M., Hilker, M., de Bruyne, M. Behavioral responses of Drosophila to biogenic levels of carbon dioxide depend on life-stage, sex and olfactory context. J. Exp. Biol. 209, 2739-2748 (2006).
  6. Quinn, W. G., Harris, W. A., Benzer, S. Conditioned behavior in Drosophila melanogaster. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 71, 708-712 (1974).
  7. Fishilevich, E., Domingos, A. I., Asahina, K., Naef, F., Vosshall, L. B., Louis, M. Chemotaxis behavior mediated by single larval olfactory neurons in Drosophila. Curr. Biol. 15, 2086-2096 (2005).
  8. Venken, K. J., Simpson, J. H., Bellen, H. J. Genetic manipulation of genes and cells in the nervous system of the fruit fly. Neuron. 72, 202-230 (2011).
  9. Hamada, F. N., et al. An internal thermal sensor controlling temperature preference in Drosophila. Nature. 454, 217-220 (2008).
  10. Kitamoto, T. Conditional modification of behavior in Drosophila by targeted expression of a temperature-sensitive shibire allele in defined neurons. J. Neurobiol. 47, 81-92 (2001).
  11. Sweeney, S. T., Broadie, K., Keane, J., Niemann, H., O’Kane, C. J. Targeted expression of tetanus toxin light chain in Drosophila specifically eliminates synaptic transmission and causes behavioral defects. Neuron. 14, 341-351 (1995).
  12. Brand, A. H., Perrimon, N. Targeted gene expression as a means of altering cell fates and generating dominant phenotypes. Development. 118, 401-415 (1993).
check_url/fr/50801?article_type=t

Play Video

Citer Cet Article
Zaninovich, O. A., Kim, S. M., Root, C. R., Green, D. S., Ko, K. I., Wang, J. W. A Single-fly Assay for Foraging Behavior in Drosophila. J. Vis. Exp. (81), e50801, doi:10.3791/50801 (2013).

View Video