Het meten en de wijziging van Mating Drive in Male<em> Drosophila melanogaster</em
Summary
Dit artikel beschrijft een gedrags-test die mannetje mating drive in Drosophila melanogaste r om de motivatie te bestuderen gebruikt. Met deze methode kunnen onderzoekers gebruiken geavanceerde fly neurogenetische technieken om de genetische, moleculaire en cellulaire mechanismen die ten grondslag liggen aan deze motivatie ontdekken.
Abstract
Ondanks tientallen jaren van onderzoek, het neuronale en moleculaire basis van motivationele toestanden blijven mysterieus. We hebben onlangs een nieuwe, reductionistische en schaalbaar systeem voor een diepgaand onderzoek van de motivatie met behulp van de paring aandrijving van mannelijke Drosophila melanogaster (Drosophila), de methoden waarvoor Hier hebben we detail. De behavioral paradigma centra op de bevinding dat mannetje mating schijf afneemt langs de vruchtbaarheid in de loop van herhaalde copulaties en herstelt meer dan ~ 3 d. In dit systeem is de krachtige neurogenetische gereedschap in de vlieg samen met de genetische toegankelijkheid en vermeende aansluitschema vindt seksueel gedrag. Deze convergentie maakt een snelle isolatie en ondervraging van kleine neuronale populaties met specifieke motivationele functies. Hier hebben we detail het ontwerp en de uitvoering van de verzadiging test die wordt gebruikt voor het meten en veranderen verkering motivatie in de mannelijke vliegen. gebruik van dezeassay, we tonen ook aan dat een lage mannetje mating drive kan worden overwonnen door het stimuleren van dopaminerge neuronen. De verzadiging test is eenvoudig, betaalbaar en robuust invloeden van de genetische achtergrond. Wij verwachten dat de verzadiging test om veel nieuwe inzichten in de neurobiologie van motivationele toestanden te genereren.
Introduction
Werk in Drosophila heeft diepe en baanbrekende inzicht gegeven in vele biologische fenomenen, zoals de aard van het gen 1, beginselen van embryonale ontwikkeling 2, circadiane ritmes 3, en de ontwikkeling en bedrading van het zenuwstelsel 4, 5, 6. Motivatie blijft veel minder goed begrepen dan deze verschijnselen, misschien vanwege de beperkingen van de systemen die tot nu toe zijn onderzocht. Motivatie in de vlieg wordt vooral onderzocht in het kader van de honger, die vele uitdagingen presenteert als gevolg van hun verwaarloosbaar klein voedselinname per voeding wedstrijd en exoskeleton die duidelijke tekenen van vetopslag in de weg staat. Bijgevolg is er een behoefte om de systemen voor het bestuderen motivatie in de vlieg breiden.
We beschrijven een gedrags raamwerk voor de studie van de paring drive inDrosophila. Dit systeem maakt gebruik van de neurogenetische instrumenten in de vlieg en de toegankelijkheid 7, 8, 9, 10, 11, 12 en de vermeende connectoom van de sexueel dimorfe schakelingen 8, 13. Bovendien, veel van de aangeboren 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21 en geleerde 22, 23, 24 sensomotorische Schakelingen courtship is uitgewerkt, die een zeldzame kansom de exacte circuit knooppunt waarop motivatie botst lokaliseren. We hebben onlangs gemeld dat, in de vlieg, zoals bij mensen, dopamine niveaus centraal paring aandrijving 25, 26, 27. We hebben genetische toegang tot de relevante dopamine-producerende en het ontvangen van neuronen in de vlieg, het vergemakkelijken van gedetailleerde moleculair-en circuit-niveau opgedaan analyses van deze geconserveerde fenomeen met behulp van de testen beschrijven we hier 25.
Voegt men de gedrags assays Zhang et al. 25 een nieuwe flatscreen gedrags-arena die video scoren, dat we een 2-dimensionale (2-D) verzadiging assay, een belangrijke verbetering ten opzichte van eerdere methoden bellen mogelijk maakt. Bijgevolg is de nieuwe assay is schaalbaar en meetbaar, en dus meer geschikt voor genetische screens van genen en neuronen betrokken bij motivatie. We maken gebruik van deze nieuwe test, samen met de verkering assays en neurogesche manipulaties, om aan te tonen hoe om te meten en te veranderen paring rijden in de vlieg.
Protocol
Representative Results
Discussion
Motivational toestanden kunnen worden verzadigd, onderhouden en hersteld 34. We presenteren een 2-D verzadiging test die snel en krachtig meet al deze aspecten van paring aandrijving in de vlieg. Deze test opent de mogelijkheid om geavanceerde fly genetische manipulatie de moleculaire en circuitcomponenten van een gemotiveerd gedrag te bestuderen.
De verzadiging test is gebaseerd op het vermogen van de man om met succes de rechtbank en copuleren, en copulaties op het …
Divulgazioni
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. |
Riferimenti
- 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. Genetica. 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. Genetica. 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. Genetica. 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).
