Summary

Determinación de la actividad locomotora espontánea en<em> Drosophila melanogaster</em

Published: April 10, 2014
doi:

Summary

Drosophila melanogaster, son útiles en el estudio de las manipulaciones genéticas o ambientales que afectan a comportamientos como la actividad locomotora espontánea. Aquí se describe un protocolo que utiliza monitores con rayos infrarrojos y software de análisis de datos para cuantificar la actividad locomotora espontánea.

Abstract

Drosophila melanogaster se ha utilizado como un organismo modelo excelente para estudiar manipulaciones ambientales y genéticos que afectan el comportamiento. Uno de estos es el comportamiento de la actividad locomotora espontánea. A continuación se describe el protocolo que utiliza monitores de población de Drosophila y un sistema de seguimiento que permite el monitoreo continuo de la actividad locomotora espontánea de moscas durante varios días a la vez. Este método es simple, fiable, y objetivo y se puede utilizar para examinar los efectos del envejecimiento, el sexo, cambios en el contenido calórico de los alimentos, además de los medicamentos, o las manipulaciones genéticas que imitan las enfermedades humanas.

Introduction

Moscas de la fruta, Drosophila melanogaster, se han utilizado como un organismo modelo útil para estudiar los mecanismos que subyacen a los comportamientos complejos, como el aprendizaje y la memoria, la interacción social, la agresión, el abuso de drogas, el sueño, la función sensorial, el cortejo y el apareamiento 1,2. Un comportamiento que se ha estudiado a través de múltiples protocolos es la actividad locomotora espontánea. Geotaxis negativo fue uno de los primeros métodos desarrollados para medir la actividad de Drosophila, y este protocolo consiste en medir el porcentaje de moscas que llegar a una cierta altura del vial después de moscas fueron sacudidos a la parte inferior de la 1,3 contenedor. Este método tiene ventajas de ser sencilla, de bajo costo, y ya que no requiere ningún equipo especial que se puede realizar en cualquier laboratorio. Se ha utilizado como una herramienta de selección valiosa para estudiar los efectos de diferentes manipulaciones genéticas sobre la movilidad de mosca 3. Sin embargo, es tiempo y trabajo and tiene la posibilidad de sesgo debido a la agitación variable de los viales y grabaciones humanos.

El método geotaxis negativo fue mejorado por el desarrollo del método iterativo de Rapid Negativo geotaxis (ANILLO) 4,5, que toma fotografías de los viales de la mosca después de las sacudidas de las moscas de la parte inferior. La ventaja de este protocolo es su sensibilidad y la posibilidad de probar un gran número de viales de la mosca en el mismo tiempo. Sin embargo, este protocolo aún tiene la posibilidad de error humano, y sólo mide geotaxis negativos. Otros laboratorios han utilizado la simple observación de los frascos de cultivo para determinar la actividad locomotora 6.

Recientemente se han desarrollado varios sistemas de grabación de vídeo para la medición de la actividad locomotora mosca. Un protocolo de vigilancia de vídeo ofrece tiempo para el ajuste antes de la grabación 7. El método descrito por Slawson et al. También utiliza un impulso de aire para detener el movement hasta el inicio de la grabación, que potencialmente podría ser un factor de estrés a los animales 7. Este método proporciona información sobre la velocidad media, velocidad máxima, pasar tiempo en movimiento, etc Otro sistema de seguimiento tridimensional mide la velocidad máxima de las moscas individuales durante ~ 0,2 segundos de libre despegue del vuelo 8. Un protocolo de vigilancia de vídeo en tres dimensiones utiliza moscas que expresan GFP y varias cámaras equipadas con filtros que permitan la detección de la fluorescencia para determinar la movilidad mosca 9. Moscas en este protocolo tienden a mostrar patrones de vuelo cilíndricos, que es potencialmente debido a la forma de la cultura Drosophila viales 10. Este método se mejoró mediante el uso de una cúpula que permite la medición de movimiento espontáneo de dos moscas 11. Un método de alto rendimiento que utiliza una cámara para monitorear automáticamente y cuantificar el comportamiento individual y social de Drosophila ha sido también descrito 12. Zou etal. desarrolló un sistema de monitoreo del comportamiento (BMS) que utiliza dos cámaras con ayuda de computadora para registrar el comportamiento de toda la vida y movimientos como el reposo, en movimiento, volar, comer, beber, o muerte de fruta tephritid individuo vuela 13. Varios otros sistemas de vídeo se han desarrollado para controlar la actividad de comportamiento mosca 14,15.

Aquí se describe un método para cuantificar la actividad de Drosophila que utiliza monitores de población. Estos monitores se encuentran en-y de temperatura incubadoras con control de humedad a 25 ° C en un ciclo de 12 horas de luz de día y noche. Cada monitor población tiene rayos infrarrojos colocados en anillos colocados en tres alturas diferentes. Cada vez que una mosca mueve a través de los anillos se interrumpe el haz de infrarrojos, que se registra por un microprocesador que, independientemente registros y los recuentos de la actividad de las moscas dentro del vial. Un microprocesador carga la actividad total en el vial a la computadora en InterVA definido por el usuarioLS que podría variar de 1 segundo a 60 minutos. El método descrito aquí proporciona el tiempo suficiente para que las moscas se adaptan al nuevo entorno y permite la medición simultánea de la actividad locomotora espontánea de un máximo de 120 poblaciones de moscas. Además, se describe la preparación de la comida, el mantenimiento volamos, la configuración de los monitores de la población de movilidad en incubadoras con temperatura controlada, y los factores potenciales que podrían afectar los resultados. Este método puede ser usado para estudiar cómo los diferentes modificaciones ambientales o genéticas afectan la actividad locomotora espontánea de las moscas.

Protocol

Nota: La cepa Canton-S es la línea de fondo de tipo salvaje estándar obtenida de la Bolsa Center Bloomington. 1. Preparación de Alimentos y Recetas para 1000 ml de Alimentos Nota: En esta sección se describe el protocolo para la preparación de alimentos. Ollas grandes del metal se utilizan para preparar aproximadamente 18 L de alimento a la vez. El protocolo aquí descrito se redujo y utiliza 1,000 ml de H 2 O. La comida se trata en autoclave dos ve…

Representative Results

La actividad locomotora espontánea en Drosophila depende del sexo mosca (Figura 3), el contenido calórico de los alimentos (Figura 3B) y el ciclo de luz / oscuridad. Una vez que la luz se apaga actividad de las moscas disminuye dramáticamente. Figura 3A ilustra las 24 horas de grabaciones de la actividad locomotora de las moscas macho y hembra. Un asterisco en el eje x marca el momento en que la luz se apaga y la transición a la oscuridad ciclo. <stro…

Discussion

Actividad locomotora espontánea de las moscas está influenciada por muchos factores como la edad, antecedentes genéticos, y el género 2,13,18,19. Además, los factores ambientales tales como el contenido calórico de la comida, la temperatura del medio ambiente, adición de diferentes medicamentos, y ciclo de luz día / noche pueden afectar actividad de la mosca. Por ejemplo, las moscas macho de la misma edad tienen una mayor actividad física espontánea en comparación con las mujeres (Figura 1)…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Este trabajo fue apoyado por una beca de los Institutos Nacionales de Salud (AG023088 a BR).

Materials

Sucrose FCC Food Grade 100 LB, Fisher Scientific MP Biomedicals ICN90471380
Brewer’s Yeast Fisher Scientific MP Biomedicals ICN90331280
Drosophila Agar Fine SciMart DR-820-25F
Cornmeal Fisher Scientific MP Biomedicals ICN90141125
Methyl4-hydroxybenzoate, tegosept Sigma H5501-5KG
EtOH Pharmco-AAPER 111000200
Active Dry Yeast Fisher Scientific ICN10140001
Fly CO2 pad LabScientific BGSU-7
Stereo Microscope Olympus SZ40
Drosophila carbon dioxide (CO2) tank Airgas UN1013
Small paint brush for pushing the flies
Shell vial wide Fischer Scientific AS519
Buzzplugs for wide plastic vials Fischer Scientific AS275
Glass vials (25x95mm) Fischer Scientific Kimble 60931-8 AS-574
Sponge plugs for glass vials SciMart DR-750
Drosophila Food Dispenser Applied Scientific (Fischer Scientific) AS780Q
DPM Drosophila Population Monitor Trikinetics Inc.
DC Power Supply with line cord Trikinetics Inc.
PSIU9 The Power Supply Interface Unit Trikinetics Inc.
Telephone cables and 5 way splitters Trikinetics Inc.
Universal Serial Bus (USB) hardware Trikinetics Inc.
Macintosh or Windows PC with UCB port
DAMSystem308X Data Acquisition Software for Macintoch OSX (Intel) www.trikinetics.com
DAMSystem308 Data Acquisition Software for Windows PC (XP/Vista/7) www.trikinetics.com
DAMFileScan108X software for Macintosh www.trikinetics.com
DAMFileScan108X software for Windows PC (XP/Vista/7) www.trikinetics.com
USB software (PSIUdrivers.zip) www.trikinetics.com
DAMSystem Notes 308 (http://www.trikinetics.com/Downloads/DAMSystem%20Notes%20308.pdf

References

  1. Ali, Y. O., Escala, W. E., Ruan, K., Zhai, R. G. Assaying Locomotor, Learning, and Memory Deficits in Drosophila Models of Neurodegeneration. J. Vis. Exp. 49, 2504 (2011).
  2. Jones, M. A., Grotewiel, M. Drosophila as a model for age-related impairment in locomotor and behaviors. Exp. Gerontol. 46 (5), 320-325 (2011).
  3. Grotewiel, M. S., Martin, I., Bhandari, p., Cook-Wiends, E. Functional senescence in Drosophila melanogaster. Aging Res. Rev. 4 (3), 372-397 (2005).
  4. 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 (5), 386-395 (2005).
  5. Nichols, C. D., Bechnel, J., Pandey, U. B. Methods to assay Drosophila behavior. J. Vis. Exp. 61, 3791 (2012).
  6. Long, T. A., Rice, W. R. Adult locomotor activity mediates Intralocus sexual conflict in a laboratory-adapted population of Drosophila melanogaster. Proc. Biol. Sci. 274 (1629), 3105-3112 (2007).
  7. Slawson, J. B., Kim, E. Z., Griffith, L. C. High-resolution video tracking of locomotor in adult Drosophila melanogaster. J. Vis. Exp. 24 (24), 1096 (2009).
  8. Marden, J. H., Rogina, B., Montooth, K. L., Helfand, S. L. Conditional tradeoff between aging and organismal performance of Indy long-lived mutant flies. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 100 (6), 3369-3372 (2003).
  9. Grover, D., Yang, J., Tavaré, S., Tower, L. Simultaneous tracking of fly movement and gene expression using GFP. BMC Biotechnol. 8, 93 (2008).
  10. Grover, D., Yang, J., Tavaré, S., Tower, J. Simultaneous tracking of movement and gene expression in multiple Drosophila melanogaster flies using GFP and DsRED fluorescent reporter transgenes. BMC Res Notes. 2 (58), 1-11 (2009).
  11. Ardekani, R., et al. Three-dimensional tracking and behaviour monitoring of multiple fruit flies. J. R. Soc. Interface. 10 (78), (2013).
  12. Branson, K. A., Robie, A. A., Bender, J., Perona, P., Dickinson, M. H. High-throughput ethomics in large groups of Drosophila. Nat Methods. 6 (6), 451-457 (2009).
  13. Zou, S., et al. Recording Lifetime Behavior and Movement in an Invertebrate Model. PLOS One. 6 (4), (2011).
  14. Valente, D., Golani, I., Mitra, P. P. Analysis of the trajectory of Drosophila melanogaster in a circular open field arena. PLoS One. 2 (10), 1083 (2007).
  15. Inan, O. T., Marcu, O., Sanchez, M. E., Bhattacharya, S., Kovacs, K. T. A portable system for monitoring the behavioral activity of Drosophila. J Neurosci. Methods. 202 (1), 45-52 (2011).
  16. Parashar, V., Rogina, B. dSir2 mediates the increased spontaneous physical activity in flies on calorie restriction. Aging. 1 (6), 529-541 (2009).
  17. Kaneuchi, T., Togawa, T., Matsuo, T., Fuyama, Y., Aigaki, T. Efficient measurement of H2O2 resistance in Drosophila using an activity monitor. Biogerontology. 4 (3), 157-165 (2003).
  18. Carey, J. R., et al. Age-specific and lifetime behavior patterns in Drosophila melanogaster and the Mediterranean fruit fly, Ceratitis capitata. Exp. Gerontol. 41 (1), 93-97 (2006).
  19. Rhodenizer, D., Martin, I., Bhandari, P., Pletcher, S. D., Grotewiel, M. Genetic and environmental factors impact age-related impairment of negative geotaxis in Drosophila by altering age-dependent climbing speed. Exp. Gerontol. 43 (8), 739-749 (2008).
  20. Osterwalder, T., Yoon, K. S., White, B. H., Keshishian, H. A conditional tissue-specific transgene expression system using inducible GAL4. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 98 (22), 12596-12601 (2001).
  21. Dietzl, G., et al. A genome-wide transgenic RNAi library for conditional gene inactivation in Drosophila. Nature. 448 (7150), 151-156 (2007).
  22. Chiu, J. C., Low, K. H., Pike, D. H., Yildirim, E., Edery, I. Assaying locomotor activity to study circadian rhythms and sleep parameters in Drosophila. J. Vis. Exp. 43, 2157 (2010).
  23. Pfeiffenberger, C., Lear, B. C., Keegan, K. P., Allada, R. Locomotor activity level monitoring using the Drosophila Activity Monitoring (DAM) System. Cold Spring Harbor Protoc. 11, (2010).
  24. Pfeiffenberger, C., Lear, B. C., Keegan, K. P., Allada, R. . Processing circadian data collected from the Drosophila Activity Monitoring (DAM) System. Protoc. 11, (2010).
  25. Ardekani, R., Tavaré, S., Tower, J. Assessing senescence in Drosophila using video tracking. Methods Mol. Biol. 965, 501-516 (2013).
check_url/kr/51449?article_type=t

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Cite This Article
Woods, J. K., Kowalski, S., Rogina, B. Determination of the Spontaneous Locomotor Activity in Drosophila melanogaster. J. Vis. Exp. (86), e51449, doi:10.3791/51449 (2014).

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