Aandoeningen van de sociale ruimte in<em> Drosophila melanogaster</em
Summary
The effect of genes and environment on social space of Drosophila melanogaster can be quantified through a powerful but straightforward analytical paradigm. We show here different factors that can affect this social space, and thus need to be taken into consideration when designing experiments in this paradigm.
Abstract
De sociale ruimte assay hier beschreven kan worden gebruikt om sociale interacties van Drosophila melanogaste r kwantificeren – of andere kleine insecten – op eenvoudige wijze. Zoals we eerder aangetoond 1, in een tweedimensionale ruimte, we eerst dwingen de vliegen om een hechte vormen vervolgens zodat ze hun favoriete afstand te nemen van elkaar. Na de vliegen hebben gevestigd, meten we de afstand tot de dichtstbijzijnde buur (of sociale ruimte), het verwerken van een statisch beeld met gratis online software (ImageJ). De analyse van de afstand tot de dichtstbijzijnde buur stelt onderzoekers het effect van genetische en omgevingsfactoren op sociale interactie te bepalen, terwijl de controle voor mogelijke verstorende factoren. Diverse factoren, zoals het beklimmen van capaciteit, tijd van de dag, geslacht, en het aantal vliegen, kunnen sociale afstand van vliegen te wijzigen. We stellen daarom een reeks van experimentele controles om deze verstorende effecten te verzachten. Deze test kanworden gedurende ten minste twee doelen. Ten eerste, kunnen onderzoekers bepalen hoe hun favoriete milieu-shift (zoals isolatie, de temperatuur, stress of toxines) zal beïnvloeden sociale afstand 1,2. Ten tweede, kunnen de onderzoekers ontleden de genetische en neurale onderbouwing van deze elementaire vorm van sociaal gedrag 1,3. Specifiek, we gebruikten het als een diagnostisch hulpmiddel om de rol van orthologe genen verondersteld betrokken te zijn bij sociaal gedrag in andere organismen, zoals kandidaatgenen voor autisme bij mensen 4 bestuderen.
Introduction
Sociale interacties zijn essentieel voor de goede ontwikkeling en gezondheid van individuen binnen een groep als geheel, en kan worden waargenomen bij talrijke soorten, van de mens (Homo sapiens) eenvoudiger organismen zoals fruitvliegjes (Drosophila melanogaster) 5,6. Auditieve, visuele, olfactorische, tactiele of gustation: een individuele fruitvlieg of menselijke delen gemeenschappelijke middelen om zintuiglijke informatie tijdens deze interacties, of het te verwerken. Wij en anderen veronderstellen dat er een potentieel gedeelde neurocircuitry onderliggende gedragsreacties op sociale interactie en de neuronale cellen en genen die betrokken kunnen zijn evolutionair geconserveerde 7. Zodra de eerste interactie heeft plaatsgevonden, zal de sociale ruimte tussen de interactie particulieren ofwel stijging (sociale vermijding 8) of afname (groepsvorming / aggregatie 5). Ingewikkelder interacties, zoals agressie of verkering, kan dan plaatsvinden.
<p class = "jove_content"> Noch geavanceerde tools en methoden, noch grote investeringen in tijd en training nodig zijn om deze eenvoudige vorm van sociaal gedrag te kwantificeren, waardoor het een krachtige analytische tool. Hier leggen we uit een eenvoudig protocol dat inter-fly afstand, of sociale ruimte kwantificeert, om sociale interactie te beoordelen in stabiele groepen van Drosophila melanogaster, zoals gebruikt in de volgende studies 1-4,9. Sociale ruimte verwijst naar een maat voor de afstand tussen een vlieg en zijn naaste buur 10. Sociale ruimte is consistent voor een bepaalde populatie van D. melanogaster bij experimentele omstandigheden worden bewaard (gemiddeld ongeveer binnen 1-2 opbouwlengtes) en varieert met betrekking tot de sociale ervaring van de vliegen, waardoor als het individu is geïsoleerd 1 gehouden. Juiste visie is nodig om normale sociale afstand te bewaren, maar niet de klassieke geurstoffen of CVA perceptie 1. Maatregel van de sociale ruimte kunnen dusgebruikt als een diagnostisch hulpmiddel om sociale interacties te analyseren en te kwantificeren sociaal gedrag in D. melanogaster 1. We beschrijven hier in detail hoe deze kwantificering uit te voeren, en in welke mate gemeenschappelijke experimentele variabelen van invloed op dit gedrag.We zien dat de oriëntatie van de kamer waarin de test wordt uitgevoerd, alsmede het aantal vliegen – tot op zekere hoogte – do beïnvloedt sociale ruimte. Het is eerder aangetoond dat de kamer geometrie beïnvloedt spontane verkennende beweging van vliegen 11,12, en dit fenomeen kan uiteindelijk van invloed zijn wanneer zij besluiten om zich te vestigen. Echter, zolang de vlieg dichtheid (vlieg / cm 2) en de kamer oriëntatie wordt gelijk gehouden, sociale ruimte van de vliegen blijft ook constant. De robuustheid van deze test wordt geïllustreerd door het feit dat onafhankelijke laboratoria met verschillende kamer maten, vorm en oriëntatie kan de weergegeven door mutanten van de wh resultaat replicerenite gen (bij oog pigmentatie), dat is een stijging van de sociale ruimte (verticale of horizontale driehoek cirkel in 1, horizontale plein met de luchtstroom di 3).
Onze resultaten geven ook aan dat handhaving van het tijdstip waarop de sociale ruimte experiment uitgevoerd is cruciaal voor de samenhang van de resultaten, zoals we zien dat mannetjes, maar niet vrouwtjes, verder uit elkaar in de avonduren. Echter, gezien de verschillen tussen de dag- en avonduren zijn niet te wijten aan verschillen in activiteit van de vliegen, en bespreken we argumenten aangeeft dat de activiteit niveaus zijn niet gecorreleerd met de sociale ruimte.
Tenslotte zijn er genetische risicofactoren voor de bepaling van de sociale ruimte, zoals aangegeven door de witte mutant reeds beschreven 1,3, en de verschillen tussen diverse ingeteelde en wilde gevangen stammen van vliegen die we hier voor te stellen.
Daarom is deze test maakt een uitstekend hulpmiddel fof het bestuderen van de effecten van genetische en omgevingsfactoren.
Protocol
Representative Results
Discussion
In dit protocol, een gedetailleerde procedure voor de kwantificering van sociale ruimte beschreven. Een aantal cruciale stappen om het experiment te verzekeren succesvol zijn: 1) Gebruik altijd handschoenen bij het schoonmaken en het opzetten van het apparaat, om uw eigen oliën en geuren af te houden van de binnenkamer van het apparaat, 2) zorgen vliegen worden verzameld ten minste één dag voor het experiment om eventuele effecten van koude anesthesie te verminderen, 3) 2 uur voor het experiment bieden nieuwe f…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
The authors want to thank Dr. Tadmiri Venkatesh for his encouragement to prepare this manuscript, Dova Brenman and Selwyn Chui for their constructive comments, Elyssa Burg and Wayne Rasband for designing the macro in ImageJ for all interfly distances and for nearest neighbor distances. The authors also want to thank the reviewers for their constructive comments.
A.A.A, M.C.C. and A.F.S were responsible for research design; S.N.J., A.A.A, M.N., Z.R., and A.J.M. performed the experiments. A.A.A, M.N., A.J.M. and M.C.C and A.F.S. analyzed the data; A.R.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.; by a Mathematics, Biology, Chemistry, and Geology majors scholarship for teachers-in-training and by a Louis Stokes Alliance for Minority Participation scholarship to A.A.A.
Materials
| Stereo Zoom Microscope | Nikon | SMZ-645 | Any other standard scope for fly handling would work |
| Small paint brushes | for pushing flies | ||
| Jazz-mix | Fisher | 33545 | any other standard drosophila food would work |
| Mini-Alarm Timer/Stopwatch | |||
| Sharpie pens | |||
| Adhesive Tape | |||
| Medium size binder clips | Staples | to hold the chambers together: 1-1/4" (32mm) medium clips with 5/8" capacity | |
| small SupportStands | Carolina | 707161 | to hold the chambers in a vertical orientation |
| Buret clamps | Carolina | 707362 | |
| Digital Camera | Nikon | Coolpix S8000 | to take the still pictures |
| small ruler | to be able to scale the picture | ||
| trifold board and white bench cover | to provide a white background, and a homogeneous light. | ||
| pounding pad | any mouse pad works. | ||
| Prism 6 | GraphPad Software Inc. | Prism 6 for Mac OS X | Any statistical analysis software with t-test, one-way and two ANOVA would work |
Riferimenti
- Simon, A. F., et al. A simple assay to study social behavior in Drosophila.: measurement of social space within a group. Genes Brain Behav. 11, 243-252 (2012).
- Kaur, K., Simon, A. F., Chauhan, V., Chauhan, A. Effect of bisphenol A on the behavior of Drosophila melanogaster. – Potential use of Drosophila as a model in the study of neurodevelopmental disorders. Behavioural Brain Research. , (2015).
- Burg, E. D., Langan, S. T., Nash, H. A. Drosophila social clustering is disrupted by anesthetics and in narrow abdomen ion channel mutants. Genes Brain Behav. 12, 338-347 (2013).
- Wise, A., et al. The autism candidate gene Neurobeachin (Rugose) mutants in Drosophila exhibit neuro-developmental disorders, aberrant synaptic properties, altered locomotion, impaired adult social behavior and activity patterns. J Neurosci. , 1-9 (2015).
- Parrish, J. K., Edelstein-Keshet, L. Complexity, pattern, and evolutionary trade-offs in animal aggregation. Science. 284, 99-101 (1999).
- Sokolowski, M. B. Social interactions in ‘‘simple’’ model systems. Neuron. 65, 780-794 (2010).
- Rittschof, C. C., Robinson, G. E. Genomics: moving behavioural ecology beyond the phenotypic gambit. Animal Behaviour. 92, 263-270 (2014).
- Fernandez, R. W., et al. Straightforward assay for quantification of social avoidance in Drosophila melanogaster. JoVE. (94), e52011 (2014).
- Hahn, N., et al. Monogenic heritable autism gene neuroligin impacts Drosophila. social behaviour. Behav Brain Res. 252, 450-457 (2013).
- Mogilner, A., Edelstein-Keshet, L., Bent, L., Spiros, A. Mutual interactions, potentials, and individual distance in a social aggregation. J Math Biol. 47, 353-389 (2003).
- Liu, L., Davis, R. L., Roman, G. Exploratory activity in Drosophila requires the kurtz nonvisual arrestin. Genetica. 175, 1197-1212 (2007).
- Soibam, B., et al. Open-field arena boundary is a primary object of exploration for Drosophila. Brain Behav. 2, 97-108 (2012).
- Ejima, A., Griffith, L. C. Ch. 30. Drosophila Neurobiology – A laboratory Manual., Ch. , 475-481 (2010).
- Benzer, S. Behavioral mutants of Drosophila melanogaster. isolated by countercurrent distribution. PNAS. 58, 1112-1119 (1967).
- Connolly, J. B., Tully, T., Roberts, D. B. Drosophila: A practical approach. 1, 265-317 (1998).
- Simon, A. F., Shih, C., Mack, A., Benzer, S. Steroid control of longevity in Drosophila melanogaster. Science. 299, 1407-1410 (2003).
- Rasband, W. S. . ImageJ. , (1997).
- Simon, A. F., et al. Drosophila, vesicular monoamine transporter mutants can adapt to reduced or eliminated vesicular stores of dopamine and serotonin. Genetica. 181, 525-541 (2009).
- Barone, M. C., Bohmann, D. Assessing neurodegenerative phenotypes in Drosophila .dopaminergic neurons by climbing assays and whole brain immunostaining. JoVE. (74), e50339 (2013).
- Ali, Y. O., Escala, W., Ruan, K., Zhai, R. G. Assaying locomotor, learning, and memory deficits in Drosophila. models of neurodegeneration. JoVE. , e2504 (2011).
- Gargano, J. W., Martin, I., Bhandari, P., Grotewiel, M. S. Rapid iterative negative geotaxis (RING): a new method for assessing age-related locomotor decline in Drosophila. Exp Gerontol. 40, 386-395 (2005).
- Simon, A. F., Liang, D. T., Krantz, D. E. Differential decline in behavioral performance of Drosophila melanogaster. with age. Mech Ageing Dev. 127, 647-650 (2006).
- Khalil, S., Jacobson, E., Chambers, M. C., Lazzaro, B. P. Systemic bacterial infection and immune defense phenotypes in Drosophila melanogaster. JoVE. , (2015).
- Fernandez, R. W., Akinleye, A. A., Nurilov, M., Rouzyi, Z., Simon, A. F. . , (2013).
- Suh, G. S. B., et al. A single population of olfactory sensory neurons mediates an innate avoidance behaviour in Drosophila. Nature. 431, 854-859 (2004).
- Helfrich-Förster, C. Differential control of morning and evening components in the activity rhythm of Drosophila melanogaster.–Sex-specific differences suggest a different quality of activity. J. Biol. Rhythms. 15, 135-154 (2000).
- Fujii, S., Krishnan, P., Hardin, P. E., Amrein, H. Nocturnal male sex drive in Drosophila. Curr Biol. 17, 244-251 (2007).
- Pellegrino, A. C., et al. Weather forecasting by insects: modified sexual behaviour in response to atmospheric pressure changes. PLoS One. 8, e75004 (2013).
