概要

Простой Анализ для количественного определения социального избегания у<em> Дрозофилы</em

Published: December 13, 2014
doi:

概要

Here, we present a protocol to quantify the avoidance of stressed individuals. This paradigm is powerful yet user-friendly and can be used to assess the influence of genes and environment on one kind of social interaction in Drosophila melanogaster.

Abstract

Drosophila melanogaster is an emerging model to study different aspects of social interactions. For example, flies avoid areas previously occupied by stressed conspecifics due to an odorant released during stress known as the Drosophila stress odorant (dSO). Through the use of the T-maze apparatus, one can quantify the avoidance of the dSO by responder flies in a very affordable and robust assay. Conditions necessary to obtain a strong performance are presented here. A stressful experience is necessary for the flies to emit dSO, as well as enough emitter flies to cause a robust avoidance response to the presence of dSO. Genetic background, but not their group size, strongly altered the avoidance of the dSO by the responder flies. Canton-S and Elwood display a higher performance in avoiding the dSO than Oregon and Samarkand strains. This behavioral assay will allow identification of mechanisms underlying this social behavior, and the assessment of the influence of genes and environmental conditions on both emission and avoidance of the dSO. Such an assay can be included in batteries of simple diagnostic tests used to identify social deficiencies of mutants or environmental conditions of interest.

Introduction

Цель этого метода состоит в том, чтобы легко количественно новый аспект простой социального поведения в дрозофилы, независимо от ухаживания и агрессии.

Социальные взаимодействия имеют решающее значение для правильного развития и здоровья людей в обществе, а также функциональности социальной группы в целом. Высокая сложность этих взаимодействий требует больших размеров выборки и систему, которая позволяет для упрощения поведения, генетические и нейронные основы социального поведения еще плохо изучены. Дрозофилы является мощным генетическая модель, которая может быть использована для идентификации генетических и нейронные основы социальных взаимодействий. Действительно, D. MELANOGASTER имеет репертуар сложных социальных поведения и некоторые прямые измерения социализации уже сделаны 1-7. Тем не менее, большинство из этих усилий были сосредоточены на относительно сложных социальных форм поведения, таких как aggresSive взаимодействия 3,6, различные аспекты ухаживания 3,8-12, и как социальный опыт влияет на другие поведения, такие как обучение, или циркадный ритм 13-17. Кроме того, многие из этих анализов полагаются на анализе сложных моделей взаимодействия групп мух, отслеживание видео и компьютерные программы для анализа полученного обилие данных. Такие анализы являются бесценными, и привести к важным новым пониманием, таких как динамики FLY-лету взаимодействий в группах 7. Одним из ограничений, однако, недоступность этих анализов в обществе в целом, и ограниченные знания о механизмах, лежащих в основе признания других. Другими словами, основой испусканием сигнала на одного человека и его признания другой все еще ​​плохо понята 18.

В отличие от этого, мухи проявляют также простое поведение, социальные избегания, где люди отойти от сигнала, излучаемого подчеркнул мух: Д. Меланаogaster стресс одоранта или DSO 19. В высокой пропускной анализа, такое поведение может быть количественно, как во избежание сигнала напряжения, излучаемой другими мух или социального избегания 19. Мухи помещают в Т-лабиринт аппарата и дают выбор, чтобы избежать флакон, содержащий DSO. С помощью этого анализа, СО 2 было показано, что компонент DSO, и часть нейронной схемы, необходимые для реагирования на CO 2 иссекали 19.

Предотвращение анализ социальной, представленные здесь, похоже концептуально простых поведенческих тестов, разработанных в лаборатории Сеймура Бензер, что позволило поколений исследователей, чтобы рассекать сложное поведение 20. Анализ социальной избежании можно проводить экономически эффективно с помощью Т-теста лабиринт, что позволяет значительно расширить изучение социальном поведении. Например, с помощью этого анализа мы недавно показали, что различные генетические риски для аутизма имеют противоположные эффекты в социальной бehavior анализы. Мутанты для гена кандидата для аутизма – neurobeachin 21,22 – имеющихся недостатков и в социальном пространстве (описано в другом месте 23) и социальной избегание 24. Аномальная сигнализации дофаминергической Предлагается также играют роль в этиологии аутизма у человека 25,26. В отличие от результатов, полученных с neurobeachin, мы обнаружили, что характеристики социальной избегания влияет увеличена или уменьшена уровни Drosophila Везикулярный транспортер моноаминов (VMAT) в дофаминергических клеток, хотя социальное пространство непосредственно коррелирует с этими уровнями VMAT 27. Контрастные результаты, полученные с neurobeachin и VMAT подчеркнуть возможность идентификации различных форм асоциального поведения, и таким образом различные базовые нервные схемами модуляции в ответ на другие.

Protocol

1. Оборудование и реактивы, созданных в доме (см перечень материалов для других) Подготовка Drosophila холодной наркозный аппарат для выполнения полетов работу. Вырезать пористую полиэтиленовую пленку, чтобы покрыть небольшую пластиковую коробку (длинный 12,7 см, ширина 10,2 см), обыч…

Representative Results

Анализ социального избежать таких робастных тестов количественной оценки способности дрозофилы распознавать сигнал напряжения (DSO), испускаемых другими мух, и, таким образом, оценки один аспект социальных взаимодействий. Анализ проводят с использованием устройства, обычно испол…

Discussion

Этот протокол описывает подробную процедуру для анализа социальной избегания. Canton-S только избежать флакон, в котором летит ранее были механически стресса, а секс и число респондентов не влияет на производительность социального избегания. Тем не менее, генетический фон из респонденто?…

開示

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

We thank Rachelle Kanippayoor for her help in identifying the new wild-type strain as being of the melanogaster species. R.W.F, O.F. and A.F.S were responsible for research design; R.W.F, M.N. and O.F. performed the experiments. R.W.F, M.N., O.F. and A.F.S. analyzed the data; R.W.F., I.S.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. and I.S.M.; by a training support from the National Alliance for Hispanic Health’s Alliance/Merck Ciencia (Science) Hispanic Scholars Program and a University Fellowship from the Yale Graduate School of Arts and Sciences to R.W.F.

Materials

Stereo Zoom Microscope  Nikon   SMZ-645 Any other standard scope for fly handling would work
Small paint brushes  for pushing flies
Porous Polyethylene, 12" x 12" Sheet Flystuff – Genesee 46-100 http://www.flystuff.com/ProductInfo.php?productID=46-100
Porous Plastic sheet for the cold anesthesia box
Mini-Alarm Timer/Stopwatch
 Sharpie pens
Adhesive Tape
Mini vortex Fisher 14-955-151  http://www.fishersci.com/ecomm/servlet/itemdetail
For mechanical agitation of the flies – any vortex would work.
Corning Life Sciences DL No.:352017, Falcon test tube; round bottom; disposable; no closure, 14mL;  17 x 100mm Fisher 14-959-8    http://www.fishersci.com/ecomm/servlet/itemdetail?storeId=10652&langId=-1&catalogId=29104&productId=2771811&distype=0&highlightProductsItemsFlag=Y&fromSearch=1&searchType=PROD&hasPromo=0
These snap in place in the in-house made T-maze and counter-current apparatus (see text)
cotton balls to close the vials after the experiment.
trifold board and white bench cover to provide a white background, and a homogeneous light.
white bench cover
pounding pad any mouse pad works.
large black cloth to cover the counter-current apparatus in phototaxis response.
cool-white light  Home Depot 1000516563 http://www.homedepot.ca/product/illume-26-fluorescent-plug-in-linear/911423
any similar linear light with fluorescent light bulb cool-white at 13-15W would work

参考文献

  1. Fry, S. N., Rohrseitz, N., Straw, A. D., Dickinson, M. H. TrackFly: virtual reality for a behavioral system analysis in free-flying fruit flies. J Neurosci Methods. 171, 110-117 (2008).
  2. Slawson, J. B., Kim, E. Z., Griffith, L. C. High-resolution video tracking of locomotion in adult Drosophila melanogaster. J Vis Exp. 24, 1096 (2009).
  3. Dankert, H., Wang, L., Hoopfer, E. D., Anderson, D. J., Perona, P. Automated monitoring and analysis of social behavior in Drosophila. Nat Methods. 6, 297-303 (2009).
  4. Branson, K., Robie, A. A., Bender, J., Perona, P., Dickinson, M. H. High-throughput ethomics in large groups of Drosophila. Nat Methods. 6, 451-457 (2009).
  5. Simon, J. C., Dickinson, M. H. A new chamber for studying the behavior of Drosophila. PLoS One. 5, 8793 (2010).
  6. Wang, L., Dankert, H., Perona, P., Anderson, D. J. Inaugural Article: A common genetic target for environmental and heritable influences on aggressiveness. in Drosophila. Proceedings of the National Academy of Sciences. 105, 5657-5663 (2008).
  7. Schneider, J., Dickinson, M. H., Levine, J. D. Social structures depend on innate determinants and chemosensory processing in Drosophila. Proceedings of the National Academy of Sciences. 2, 17174-17179 (2012).
  8. Miyamoto, T., Amrein, H. Suppression of male courtship by a Drosophila pheromone receptor. Nat Neurosci. 11, 874-876 (2008).
  9. Villella, A., Hall, J. C., Jeffrey, C. H. Chapter 3 Neurogenetics of Courtship and Mating in Drosophila. . Advances in Genetics. 62, 67-184 (2008).
  10. Ejima, A., Griffith, L. C. Courtship Initiation Is Stimulated by Acoustic Signals in Drosophila melanogaster. PLoS ONE. 3, 3246 (2008).
  11. Mery, F., et al. Public Versus Personal Information for Mate Copying in an Invertebrate. Current Biology. 19, 730-734 (2009).
  12. Montell, C. A taste of the Drosophila gustatory receptors. Curr. Opin. Neurobiol. 19, 345-353 (2009).
  13. Billeter, J. -. C., Atallah, J., Krupp, J. J., Millar, J. G., Levine, J. D. Specialized cells tag sexual and species identity in Drosophila melanogaster. Nature. 461, 987-991 (2009).
  14. Krupp, J. J., et al. Social experience modifies pheromone expression and mating behavior in male Drosophila melanogaster. Curr Biol. 18, 1373-1383 (2008).
  15. Kent, C., Azanchi, R., Smith, B., Formosa, A., Levine, J. D. Social context influences chemical communication in D. melanogaster males. Curr Biol. 18, 1384-1389 (2008).
  16. Levine, J. D., Funes, P., Dowse, H. B., Hall, J. C. Resetting the Circadian Clock by Social Experience in Drosophila melanogaster. Science. 298, 2010-2012 (2002).
  17. Ganguly-Fitzgerald, I., Donlea, J., Shaw, P. J. Waking Experience Affects Sleep Need in Drosophila. Science. 313, 1775-1781 (2006).
  18. Billeter, J. -. C., Levine, J. D. Who is he and what is he to you? Recognition in Drosophila melanogaster. Curr. Opin. Neurobiol. 23, 17-23 (2013).
  19. Suh, G. S., et al. A single population of olfactory sensory neurons mediates an innate avoidance behaviour in Drosophila. Nature. 431, 854-859 (2004).
  20. Bonini, N. A Tribute to Seymour Benzer 1921-2007. 180, 1265-1273 (2008).
  21. Castermans, D., et al. The neurobeachin gene is disrupted by a translocation in a patient with idiopathic autism. Journal of Medical Genetics. 40, 352-356 (2003).
  22. Medrihan, L., et al. Neurobeachin, a protein implicated in membrane protein traffic and autism, is required for the formation and functioning of central synapses. J Physiol. 587, 5095-5106 (2009).
  23. 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).
  24. Venkatesh, T., et al. . Cold Spring Harbor Meeting: From Molecules to Circuit Behavior. , (2013).
  25. Hamilton, P. J., et al. De novo mutation in the dopamine transporter gene associates dopamine dysfunction with autism spectrum disorder. Mol Psychiatry. 18, 1315-1323 (2013).
  26. Gadow, K. D., et al. Association of dopamine gene variants, emotion dysregulation and ADHD in autism spectrum disorder. Research in Developmental Disabilities. 35, 1658-1665 (2014).
  27. Fernandez, R. W., Akinleye, A. A., Nurilov, M., Rouzyi, Z., Simon, A. F. . , (2014).
  28. Ali, Y. O., Escala, W., Ruan, K., Zhai, R. G. Assaying Locomotor, Learning, and Memory Deficits in Drosophila Models of Neurodegeneration. J Vis Exp. , 2504 (2011).
  29. Connolly, J. B., Tully, T., Roberts, D. B. . Drosophila: A Practical Approach. 1, 265-317 (1998).
  30. Tully, T., Quinn, W. G. Classical-conditioning and retention in normal and mutant Drosophila melanogaster. J Comp Physiol [A]. 157, 263-277 (1985).
  31. Krashes, M. J., Waddell, S. Drosophila Aversive Olfactory Conditioning. Cold Spring Harbor Protocols. 2011, (2011).
  32. Ejima, A., Griffith, L. C., Zhang, B., Freeman, M. R., Waddell, S. Ch. 30. Drosophila Neurobiology, A Laboratory Manual. , 475-481 (2010).
  33. Benzer, S. Behavioral mutants of Drosophila melanogaster isolated by countercurrent distribution. PNAS. 58, 1112-1119 (1967).
  34. Simon, A. F., Shih, C., Mack, A., Benzer, S. Steroid control of longevity in Drosophila melanogaster. Science. 299, 1407-1410 (2003).
  35. Vaux, D. L. Research methods: Know when your numbers are significant. Nature. 492, 180-181 (2012).
  36. Stowers, L., Logan, D. W. Sexual dimorphism in olfactory signaling. Curr. Opin. Neurobiol. 20, 770-775 (2010).
  37. Simon, A. F., Liang, D. T., Krantz, D. E. Differential decline in behavioral performance of Drosophila melanogaster with age. Mechanisms of Ageing and Development. , 127-647 (2006).

Play Video

記事を引用
Fernandez, R. W., Nurilov, M., Feliciano, O., McDonald, I. S., Simon, A. F. Straightforward Assay for Quantification of Social Avoidance in Drosophila melanogaster. J. Vis. Exp. (94), e52011, doi:10.3791/52011 (2014).

View Video