מדידת כונן מזווג סירוס ועיקור במאלה<em> תסיסנית</em
Summary
מאמר זה מתאר assay התנהגותיים המשתמש כונן הזדווגות זכר תסיסנית melanogaste r ללמוד מוטיבציה. באמצעות שיטה זו, חוקרים יכולים לנצל טכניקות neurogenetic זבוב מתקדם לחשוף את המנגנונים הגנטיים, מולקולריים והמכשירים סלולריים העומדים בבסיס המוטיבציה הזו.
Abstract
למרות עשרות שנים של חקירה, הבסיסים העצביים ומולקולריים של מדינות מוטיבציה להישאר מסתוריים. פתחנו לאחרונה רומן, הרדוקציונית, ומערכת מדרגים לחקירה מעמיקה של מוטיבציה באמצעות כונן ההזדווגות של תסיסנית זכר (דרוזופילה), והשיטות אשר נפרטו כאן. הפרדיגמה התנהגותי מרכזי על המציאה כי זכר כונן הזדווגות פוחת לצד פוריות במשך הזדווגויות חזרו ומשחזר מעל ~ 3 ד. במערכת זו, את כלי neurogenetic העצמה זמינים לטוס להתכנס עם הנגישות הגנטיות תרשים חיווט משוער זמין עבור התנהגות מינית. התכנסות זו מאפשרת בידוד מהיר וחקירה של אוכלוסיות נוירונים קטנות עם פונקציות מוטיבציה ספציפיות. כאן נפרט את עיצוב וביצוע של assay שובע המשמש למדידת ולשנות מוטיבציה חיזור לטוס זכר. שימוש זהassay, אנחנו גם מדגימים כי כונן הזדווגות גברי נמוך ניתן להתגבר על ידי גירוי נוירונים דופאמינרגיים. את assay השובע הוא פשוט, זול, ויציב להשפעות של רקע גנטי. אנו מצפים assay שובע לייצר תובנות חדשות רבות לתוך הנוירוביולוגיה של מדינות מוטיבציה.
Introduction
עבודה תסיסנית סיפקה תובנה עמוקה וחלוציות לתוך תופעות ביולוגיות רבות, כולל אופי של הגן 1, עקרונות ההתפתחות העוברית 2, מקצבי היממה 3, וכן פיתוח חיווט של מערכת העצבים 4, 5, 6. מוטיבציה נשארת הרבה פחות הבינה היטב מאשר התופעות הללו, אולי בגלל המגבלות על המערכות כי נחקרו עד כה. מוטיבציה ב לטוס נלמדת בעיקר בהקשר של רעב, אשר מציב בפנינו אתגרים רבים בשל צריכת המזון שלהם הקטנה vanishingly לכל התקף האכלת שלד חיצוני אשר מונע סימנים גלויים של בתצהיר שומן. כתוצאה מכך, יש צורך להרחיב את המערכות בשימוש ללמוד מוטיבציה לטוס.
אנו מתארים מסגרת התנהגותית לחקר כונן הזדווגותתסיסנית. מערכת זו מנצלת את הכלים neurogenetic ב לעוף כמו גם את הנגישות 7, 8, 9, 10, 11, 12 ואת connectome המשוערת של המעגלים שלה דימורפית מינית 8, 13. בנוסף, חלק גדול מן המולדת 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21 ו למדו 22, 23, 24 חיזור שליטת מעגלים חושי-מוטוריים כבר הסתדר בפירוט, מתן הזדמנות נדירהכדי לאתר את צומת המעגל המדויקת שעליו מוטיבציה פגע. אנחנו דיווחנו לאחרונה כי, בשינה לטוס, כמו אצל בני אדם, רמות הדופמין ממלאות תפקיד מרכזי כונן הזדווגות 25, 26, 27. רכשנו גישה גנטית המייצר דופמין הרלוונטית וקבלת נוירונים לטוס, הקלה ברמת מעגל המולקולרית והמפורטת מנתח של תופעת משומר זו באמצעות המבחנים המתואר כאן 25.
נוסיף מבחני התנהגות באל et ג'אנג. 25 זירה התנהגותי שטוח חדש המאפשרת ניקוד וידאו, אשר אנו מכנים assay שובע 2 ממדים (2-D), שיפור חשוב על פני שיטות קודמות. כתוצאה מכך, assay החדש הוא יותר מדרגים לכימות, ולכן מתאים יותר מסך גנטי של גנים ונוירונים מעורבים מוטיבציה. אנו משתמשים assay החדש הזה, יחד עם מבחני חיזור neurogeמניפולציות גנטיות, כדי להדגים כיצד למדוד לשנות כונן הזדווגות לטוס.
Protocol
Representative Results
Discussion
מדינות מוטיבציה יכול להיות שבע, מתוחזק, והחלים 34. אנו מציגים assay שובע 2-D כי במהירות וחסונה ובוחן את כל ההיבטים הללו של הזדווגות כונן הבזק. assay זה פותח את האפשרות של שימוש מניפולציות גנטיות זבוב מתקדמים ללמוד המרכיבים המולקולריים מעגל של התנהגות מוטיבציה. </…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
The authors thank Mike Crickmore, Dragana Rogulja, and Michelle Frank for comments on the manuscript. Pavel Gorelik provided technical support for manufacturing the behavioral arenas. This work was conducted in Mike Crickmore’s lab and is also supported by the Whitehall Foundation (Principal Investigator: Dragana Rogulja). S.X.Z. is a Stuart H.Q. and Victoria Quan Fellow at Harvard Medical School.
Materials
| 1/16 inch clear acrylic | McMaster-Carr | 8589K12 | Used to make arenas; see Supplemental Material 1 for designs. |
| 1/8 inch clear acrylic | McMaster-Carr | 8589K42 | Used to make arenas; see Supplemental Material 1 for designs. |
| 3/16 inch clear acrylic | McMaster-Carr | 8560K219 | Used to make arenas; see Supplemental Material 1 for designs. |
| 1/32 inch black delrin | McMaster-Carr | 8575K132 | Used to make arenas; see Supplemental Material 1 for designs. |
| Hex screws, 1 inch long (50x) | McMaster-Carr | 92314A115 | Used to make arenas. Can be replaced by 3/4 inch screws (92314A113, McMaster-Carr) for 32-chamber arenas. |
| Thumb nuts (25x) | McMaster-Carr | 92741A100 | Used to make arenas. Can be replaced by regular hex nuts (90480A005, McMaster-Carr). |
| Camcorder | Canon | Vixia HF R700 | Can be replaced by any consumer comcorder. |
References
- Sturtevant, A. H., Bridges, C. B., Morgan, T. H. The spatial relations of genes. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 5 (5), 168-173 (1919).
- Campos-Ortega, J. A., Hartenstein, V. . The Embryonic Development of Drosophila melanogaster. , (1985).
- Hall, J. C. Systems Approaches to Biological Rhythms in Drosophila. Methods in Enzymology. 393, 61-185 (2005).
- Luo, L. Rho GTPases in neuronal morphogenesis. Nature reviews. Neuroscience. 1 (3), 173-180 (2000).
- Schmucker, D., Clemens, J. C., et al. Drosophila Dscam Is an Axon Guidance Receptor Exhibiting Extraordinary Molecular Diversity. Cell. 101 (6), 671-684 (2000).
- Jan, Y. N., Jan, L. Y. HLH proteins, fly neurogenesis, and vertebrate myogenesis. Cell. 75 (5), 827-830 (1993).
- Stockinger, P., Kvitsiani, D., et al. Neural circuitry that governs Drosophila male courtship behavior. Cell. 121 (5), 795-807 (2005).
- Yu, J. Y., Kanai, M. I., Demir, E., Jefferis, G. S. X. E., Dickson, B. J. Cellular Organization of the Neural Circuit that Drives Drosophila Courtship Behavior. Current biology. 20 (18), 1602-1614 (2010).
- Zhou, C., Pan, Y., Robinett, C. C., Meissner, G. W., Baker, B. S. Central Brain Neurons Expressing doublesex Regulate Female Receptivity in Drosophila. Neuron. 83 (1), 149-163 (2014).
- Rideout, E. J., Dornan, A. J., Neville, M. C., Eadie, S., Goodwin, S. F. Control of sexual differentiation and behavior by the doublesex gene in Drosophila melanogaster. Nature neuroscience. 13 (4), 458-466 (2010).
- Manoli, D. S., Foss, M., Villella, A., Taylor, B. J., Hall, J. C., Baker, B. S. Male-specific fruitless specifies the neural substrates of Drosophila courtship behaviour. Nature. 436 (7049), 395-400 (2005).
- Kimura, K. I., Ote, M., Tazawa, T., Yamamoto, D. Fruitless specifies sexually dimorphic neural circuitry in the Drosophila brain. Nature. 438 (7065), 229-233 (2005).
- Cachero, S., Ostrovsky, A. D., Yu, J. Y., Dickson, B. J., Jefferis, G. S. X. E. Sexual dimorphism in the fly brain. Current biology. 20 (18), 1589-1601 (2010).
- Clowney, E. J., Iguchi, S., Bussell, J. J., Scheer, E., Ruta, V. Multimodal Chemosensory Circuits Controlling Male Courtship in Drosophila. Neuron. 87 (5), 1036-1049 (2015).
- Kallman, B. R., Kim, H., Scott, K. Excitation and inhibition onto central courtship neurons biases Drosophila mate choice. eLife. 4, e11188 (2015).
- von Philipsborn, A. C., Liu, T., Yu, J. Y., Masser, C., Bidaye, S. S., Dickson, B. J. Neuronal control of Drosophila courtship song. Neuron. 69 (3), 509-522 (2011).
- Zhou, C., Franconville, R., Vaughan, A. G., Robinett, C. C., Jayaraman, V., Baker, B. S. Central neural circuitry mediating courtship song perception in male Drosophila. eLife. 4, e08477 (2015).
- Kohatsu, S., Koganezawa, M., Yamamoto, D. Female contact activates male-specific interneurons that trigger stereotypic courtship behavior in Drosophila. Neuron. 69 (3), 498-508 (2011).
- Kohatsu, S., Yamamoto, D. Visually induced initiation of Drosophila innate courtship-like following pursuit is mediated by central excitatory state. Nature Communications. 6, 6457 (2015).
- Fan, P., Manoli, D. S., et al. Genetic and neural mechanisms that inhibit Drosophila from mating with other species. Cell. 154 (1), 89-102 (2013).
- Kurtovic, A., Widmer, A., Dickson, B. J. A single class of olfactory neurons mediates behavioural responses to a Drosophila sex pheromone. Nature. 446 (7135), 542-546 (2007).
- Ejima, A., Smith, B. P. C., et al. Generalization of Courtship Learning in Drosophila Is Mediated by cis-Vaccenyl Acetate. Current Biology. 17, 599-605 (2007).
- Keleman, K., Vrontou, E., Krüttner, S., Yu, J. Y., Kurtovic-Kozaric, A., Dickson, B. J. Dopamine neurons modulate pheromone responses in Drosophila courtship learning. Nature. 489 (7414), 145-149 (2012).
- Pan, Y., Baker, B. S. Genetic Identification and Separation of Innate and Experience-Dependent Courtship Behaviors in Drosophila. Cell. 156 (1-2), 236-248 (2014).
- Zhang, S. X., Rogulja, D., Crickmore, M. A. Dopaminergic Circuitry Underlying Mating Drive. Neuron. 91 (1), 168-181 (2016).
- Bowers, M. B., Van Woert, M., Davis, L. Sexual behavior during L-dopa treatment for Parkinsonism. The American journal of psychiatry. 127 (12), 1691-1693 (1971).
- Sacks, O. W. . Awakenings. , (1999).
- Dietzl, G., Chen, D., et al. A genome-wide transgenic RNAi library for conditional gene inactivation in Drosophila. Nature. 448 (7150), 151-156 (2007).
- Crickmore, M. A., Vosshall, L. B. Opposing dopaminergic and GABAergic neurons control the duration and persistence of copulation in Drosophila. Cell. 155 (4), 881-893 (2013).
- Peng, J., Chen, S., Busser, S., Liu, H., Honegger, T., Kubli, E. Gradual Release of Sperm Bound Sex-Peptide Controls Female Postmating Behavior in Drosophila. Current biology. 15 (3), 207-213 (2005).
- Yapici, N., Kim, Y. J., Ribeiro, C., Dickson, B. J. A receptor that mediates the post-mating switch in Drosophila reproductive behaviour. Nature. 451 (7174), 33-37 (2008).
- Pellegrino, M., Nakagawa, T., Vosshall, L. B. Single Sensillum Recordings in the Insects Drosophila melanogaster and Anopheles gambiae. Journal of Visualized Experiments. 36 (36), 1-5 (2010).
- Cook, R., Cook, A. The Attractiveness to males of female Drosophila melanogaster: effects of mating, age and diet. Animal behaviour. 23, 521-526 (1975).
- Toates, F. M. . Motivational Systems (Problems in the Behavioural Sciences). , (1986).
- Hall, J. C. The mating of a fly. Science. 264 (5166), 1702-1714 (1994).
- Simpson, J. H. Mapping and manipulating neural circuits in the fly brain. Advances in genetics. 65 (9), 79-143 (2009).
- Venken, K. J. T., Simpson, J. H., Bellen, H. J. Genetic Manipulation of Genes and Cells in the Nervous System of the Fruit. Neuron. 72 (2), 202-230 (2011).
- Klapoetke, N. C., Murata, Y., et al. Independent optical excitation of distinct neural populations. Nature methods. 11 (3), 338-346 (2014).
- Bellen, H. J., Levis, R. W., et al. The BDGP gene disruption project: single transposon insertions associated with 40% of Drosophila genes. Génétique. 167 (2), 761-781 (2004).
- Spradling, A. C., Stern, D., et al. The Berkeley Drosophila Genome Project gene disruption project: Single P-element insertions mutating 25% of vital Drosophila genes. Génétique. 153 (1), 135-177 (1999).
- Parks, A. L., Cook, K. R., et al. Systematic generation of high-resolution deletion coverage of the Drosophila melanogaster genome. Nature genetics. 36 (3), 288-292 (2004).
- Matthews, K. A., Kaufman, T. C., Gelbart, W. M. Research resources for Drosophila: the expanding universe. Nature reviews. Genetics. 6 (3), 179-193 (2005).
- Ni, J. Q., Liu, L. P., et al. A Drosophila resource of transgenic RNAi lines for neurogenetics. Génétique. 182 (4), 1089-1100 (2009).
- Ni, J. Q., Zhou, R., et al. A genome-scale shRNA resource for transgenic RNAi in Drosophila. Nature. 8 (5), 405-407 (2011).
