Ein Temperaturgradient Assay thermische Präferenzen der Drosophila Larven bestimmen
Summary
Hier präsentieren wir ein Protokoll, um die bevorzugte Umgebungstemperatur von Drosophila -Larven mit einem kontinuierlichen Temperaturgefälle zu bestimmen.
Abstract
Viele Tiere, einschließlich der Taufliege Drosophila Melanogaster, sind in der Lage, unterscheidende winzige Unterschiede in der Umgebungstemperatur, die ihnen ermöglicht, ihre bevorzugten Thermenlandschaft suchen. Um die Temperatur-Einstellungen von Larven über einen definierten linearen Bereich zu definieren, haben wir einen Test mit einem Temperaturgradienten entwickelt. Um einen Single-direktionalen Verlauf zu etablieren, sind zwei Aluminium-Blöcke mit unabhängigen Wasserbäder, verbunden, die jeweils die Temperatur der einzelnen Blöcke steuert. Die beiden Blöcke setzen die unteren und oberen Grenzen des Farbverlaufs. Der Temperaturgradient entsteht durch eine Agarose-beschichteten Alu-Platte über die zwei Wasser-gesteuerte Blöcke platzieren, damit die Platte erstreckt sich über den Abstand zwischen ihnen. Die Enden der Aluminiumplatte, die oben auf dem Wasser-Blöcke festgelegt ist definiert die minimalen und maximalen Temperaturen und die Regionen zwischen den beiden Blöcken bilden ein linearer Temperaturgradient. Der gradient-Test kann an Larven verschiedener Altersstufen angewendet werden und kann verwendet werden, um durch Mutation entstehende Variationen zu identifizieren, die Ausstellung Phänotypen, wie jene mit Mutationen Gene codieren, TRP-Kanäle und Opsins, die für Temperatur Diskriminierung erforderlich sind.
Introduction
Thermotaxis wird durch mobile Tiere eingesetzt, um eine Umgebung mit den günstigsten Bedingungen1,2,3auswählen. Wenn das Klima übermäßig heiß oder kalt, dieses Verhalten ist wichtig für das Überleben ist. Darüber hinaus viele Tiere reagieren empfindlich auf sehr kleine Unterschiede in der Temperatur im Bereich von komfortablen und Umgebung mit einer idealen Temperatur aufsuchen. Dies ist von besonderer Bedeutung für wechselwarme Organismen wie Fruchtfliegen, die ihre Körpertemperatur mit der Umgebung equilibrate. Assays, Larven Thermotaxis überwachen wurden maßgeblich bei der Identifizierung und Klärung der Rolle der molekularen Sensoren wie Drosophila Transienten Rezeptor Potential (TRP) Kanäle4,5,6, rhodopsine7,8und Ionotropic Rezeptor-Rezeptoren (IRs)9, die diese Tiere mit Temperatur Empfindlichkeiten in verschiedenen Temperaturbereichen zu verleihen.
Ein zwei-Wege-Choice-Test bietet einen Ansatz zur Untersuchung der thermischer Präferenzen in Larven6,7. Der Test beinhaltet zur Gründung zwei unterschiedliche Temperaturzonen und erlaubt den Tieren, eine Seite über die andere auswählen. Die Ergebnisse von zwei-Wege-Choice-Tests sind robust, vor allem wenn die Temperaturunterschiede zwischen den beiden Optionen groß sind. Darüber hinaus da jedes Assay tabellarisieren nur zwei Gruppen umfasst, können die Daten als einfache Präferenz-Index ausgedrückt werden. Die Leichtigkeit und Einfachheit der zwei-Wege-Wahl-Assays sind auch genetische Bildschirme zugänglich. Eine große Einschränkung ist jedoch, dass viele Experimente erforderlich sind, um die gewünschte Temperatur der Wildtyp oder mutierte Tiere zu etablieren.
Ein gradienter Assay bietet die Möglichkeit, die gewünschte Temperatur in einem einzigen Test8aufzunehmen. Darüber hinaus ermöglicht es im Gegensatz zu den zwei-Wege-Choice-Test, die Auswertung der Verteilung der einer Gruppe von Tieren, konfrontiert mit einer kontinuierlichen Reihe von Temperaturen. Ein gradient Assay verwendet eine Petrischale und Einzeltiere und eignet sich gut für die Charakterisierung von detaillierten Verhaltens einzelner Tiere10. Jedoch da Petrischalen Runde sind, die Größen der Temperaturzonen variieren und sind abhängig von der Entfernung vom Zentrum nach und nach kleiner. Dieses Setup ist daher nicht ideal für die Überwachung der Temperatur-Auswahl der Populationen von Tieren.
Eine kontinuierliche thermischen Gradienten Apparat, der gut geeignet, um die Temperatur-Einstellungen von Gruppen von Larven zu beurteilen ist eine rechteckige Arena beschäftigt und wird hier beschrieben. Das Gerät ist einfach zu konstruieren und montieren. Die Steigung ist linear und ist flexibel, da es verwendet werden kann, inwieweit Thermotaxis über große Temperaturbereiche von 10 ° C bis 42 ° C. Der Test ist schnell und unkompliziert durchzuführen und liefert reproduzierbare Daten. Neben der Berichterstattung der bevorzugten Temperatur der Larven, zeigt es die Präferenzen der Bevölkerung von Tieren über eine gesamte lineare Bereich in einem einzigen Experiment. Aufgrund dieser Vorteile ist es eine ausgezeichnete Wahl für die Identifizierung von Genen, die für Thermotaxis erforderlich.
Protocol
Representative Results
Discussion
Um den Erfolg dieses Protokolls sicherzustellen, ist es wichtig, Maßnahmen ergreifen, um eine ausreichende Anzahl von Larven, die Experimente durchführen zu erhalten. Dazu gehören Pre-Fütterung die fliegen in Hefe einfügen-haltigen Fläschchen für 2-3-d zur Eiablage zu verbessern. Die Fläschchen müssen platziert in einer Schale mit Wasser Fläschchen und eingeschlossen in eine klare Plastiktüte, die bewahrt der Feuchtigkeit der Nahrung und fördert effektive Fütterung durch die Larven während der Exposition ge…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
C.m. wird unterstützt durch die Finanzierung von NEI (EY008117, EY010852), NIDCD (DC007864, DC016278) und die NIAID (1DP1AI124453).
Materials
| Gradient assay apparatus | |||
| PolyScience 9106, Refrigerated/Heated 6L Circulating Bath | Thomas Scientific | 9106 | This model is discontinued. Updated replacement models include: 1186R00 and 1197U04 for 120 V, 60 Hz, or 1184L08 and 1197U04 for 240 V, 50 Hz. |
| Aluminum assay plate (for single directional gradient) | Outer size: 14 x 10.1 x 0.9 cm, inner size: 12.9 x 8.7 x 0.8 cm, black anodized. | ||
| Aluminum plate (for bidirectional gradient) | 25 x 22 x 0.2 cm, black anodized. | ||
| Aluminum block | Outer size: 25.5 x 5 x 1.4 cm, parameters of inner channels are shown in Figure 1D. | ||
| Connector for aluminum blocks and tubing | McMaster-Carr | 91355K82 | |
| Tygon Sanitary Silicone Tubing | Tygon | 57296 | 1/4" ID x 3/8" OD x 1/16" wall |
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Items and reagents for assay | |||
| Pestle | USA Scientific | 17361 | Pestle for 1.5 mL microcentrifuge tubes |
| Thermometer | Fluke | 51II | |
| Thermocouple | Fluke | K type | |
| Universal microplate lid | Corning | 6980A77 | |
| 35 mm dish | Corning | 9380D40 | |
| Labeling tape (for bidirectional gradient) | Fisher Scientific | 15-951 | Fisherbrand labeling tape 2 in x 14 yds |
| Agarose | Invitrogen | 16500500 | Prepare 1% solution |
| Sucrose | Sigma | S0389-5KG | Prepare 18% solution right before starting assay |
| Paint brush | Fisher Scientific | 11860 | |
| 50 mL centrifuge tubes | Denville | C1062-P | |
| Scoopula | Fisher Scientific | 14-357Q | |
| 500 mL round wide-mouth bottle | Pyrex | 1395-500 | |
| Cell strainer (300 mm pore) | PluriSelect | 43-50300 | Optional item for larvae washing |
| Cardboard box (vial tray) | Genesee Scientific | FS32-124 | |
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Drosophila food | |||
| Distilled water | 22,400 mL | ||
| Cornmeal, yellow (extra fine mesh,flocked) 20 kg | LabScientific Inc. | NC0535320 | 1,609 g |
| Brewers yeast 100 lbs | MP Biomedicals | ICN90331280 | 379 g |
| NutriSoy® Soy Flour (10 kg/unit) | Genesee Scientific | 62-115 | 221 g |
| Drosophila Agar, Type II (5 kg) | Genesee Scientific | 66-103 | 190 g |
| Karo light corn syrup | Karo | 1,700 mL | |
| Methyl 4-hydroxybenzoate (suspend in 200 proof ethanol) | Sigma Aldrich | H5501-5KG | 72 g/240 mL |
| Propionic acid puriss. p.a.,>99.5% (GC) | Sigma Aldrich | 81910-1 L | 108 mL |
| Phosphoric acid ACS reagent, ≥85 wt. % in H2O | Sigma Aldrich | 438081-500 mL | 8.5 mL |
References
- Fowler, M. A., Montell, C. Drosophila TRP channels and animal behavior. Life Sci. 92, 394-403 (2013).
- Palkar, R., Lippoldt, E. K., McKemy, D. D. The molecular and cellular basis of thermosensation in mammals. Curr Opin Neurobiol. 34, 14-19 (2015).
- Vriens, J., Nilius, B., Voets, T. Peripheral thermosensation in mammals. Nat Rev Neurosci. 15 (9), 573-589 (2014).
- Rosenzweig, M., et al. The Drosophila ortholog of vertebrate TRPA1 regulates thermotaxis. Genes Dev. 19, 419-424 (2005).
- Kwon, Y., Shim, H. S., Wang, X., Montell, C. Control of thermotactic behavior via coupling of a TRP channel to a phospholipase C signaling cascade. Nat Neurosci. 11, 871-873 (2008).
- Kwon, Y., Shen, W. L., Shim, H. S., Montell, C. Fine thermotactic discrimination between the optimal and slightly cooler temperatures via a TRPV channel in chordotonal neurons. J Neurosci. 30 (31), 10465-10471 (2010).
- Shen, W. L., et al. Function of rhodopsin in temperature discrimination in Drosophila. Science. 331 (6022), 1333-1336 (2011).
- Sokabe, T., Chen, H. S., Luo, J., Montell, C. A switch in thermal preference in Drosophila larvae depends on multiple rhodopsins. Cell Rep. 17, 336-344 (2016).
- Ni, L., et al. The Ionotropic Receptors IR21a and IR25a mediate cool sensing in Drosophila. Elife. 5, 13254 (2016).
- Luo, L., et al. Navigational decision making in Drosophila thermotaxis. J Neurosci. 30 (12), 4261-4272 (2010).
- Ashburner, M., Golic, K. G., Hawley, R. S. . Drosophila: a laboratory handbook. , (2005).
