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.
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.
Målet med denne fremgangsmåde er let at kvantificere en ny aspekt af simpel social adfærd i Drosophila melanogaster, uafhængig af frieri og aggression.
Sociale interaktioner er afgørende for en korrekt udvikling og sundhed for personer i et samfund, samt funktionaliteten af en social gruppe som helhed. Den høje kompleksitet af disse interaktioner nødvendiggør store stikprøvestørrelser og et system, der giver mulighed for en forenkling af den adfærd, som de genetiske og neurale grundlag for social adfærd stadig dårligt forstået. Drosophila melanogaster er en kraftfuld genetisk model, der kan bruges til at identificere genetiske og neurale grundlag for sociale interaktioner. Faktisk D. melanogaster har et repertoire af komplekse sociale adfærd og nogle direkte målinger af socialisering er allerede blevet gjort 1-7. Men de fleste af disse bestræbelser har været fokuseret på relativt komplekse sociale adfærd, såsom aggressivetende interaktioner 3,6, forskellige aspekter af frieri 3,8-12, og hvordan social oplevelse påvirker andre adfærd, såsom læring, eller døgnrytme 13-17. Desuden er mange af disse assays er afhængige af at analysere komplekse interaktion mønstre af grupper af fluer ved hjælp af video tracking og computer software til at analysere den resulterende overflod af data. Sådanne analyser er uvurderlig, og føre til vigtige nye indsigter som dynamikken i fly-flyve interaktioner i grupper 7. En begrænsning er dog den manglende adgang til disse assays til samfundet som helhed, og den begrænsede viden om de mekanismer, der ligger til grund for anerkendelsen af andre. Med andre ord er grundlaget for emission af et signal ved en individuel og anerkendelse af en anden stadig dårligt forstået 18.
Derimod fluer udviser også en simpel adfærd, social undgåelse, hvor enkeltpersoner bevæge sig væk fra et signal, der udsendes af stressede fluer: D. Melanogaster Stress lugtstof eller DSO 19. I et high-throughput assay, kan denne adfærd kvantificeres som undgåelse af en stress-signal, der udsendes af andre fluer eller social undgåelse 19. Fluer anbringes i en T-labyrint-apparatet og givet valg at undgå et hætteglas indeholdende DSO. Anvendelse af dette assay blev CO 2 vist sig at være en komponent af DSO, og en del af neurale kredsløb er nødvendige for at svare til CO 2 blev dissekeret 19.
Den sociale undgåelse analysen præsenteres her ligner begrebsmæssigt til de simple adfærdsmæssige analyser udviklet i Seymour Benzer laboratorium, der gjorde det muligt for generationer af forskere til at dissekere komplekse adfærd 20. Analyse af social unddragelse kan gennemføres på en omkostningseffektiv måde ved hjælp af T-labyrint assay, der giver mulighed for mere udbredt undersøgelse af social adfærd. For eksempel ved hjælp af denne analyse, vi for nylig vist, at forskellige genetiske risici for autisme har kontrasterende virkninger i social Behavior assays. Mutanter for en kandidat gen for autisme – neurobeachin 21,22 – nuværende mangler både i sociale rum (beskrevet andetsteds 23) og social undgåelse 24. Unormal dopaminerge signalering foreslås også at spille en rolle i ætiologien af autisme hos mennesker 25,26. I modsætning til de resultater, der er opnået med neurobeachin, fandt vi, at social undgåelse præstation var påvirket af øget eller nedsat niveau af Drosophila vesikulær monoamintransporterfunktion (VMAT) i dopaminerge celler, selv om det sociale rum var direkte korreleret til disse niveauer af VMAT 27. De kontrasterende resultater opnået med neurobeachin og VMAT understreger muligheden for at identificere forskellige former for asocial adfærd, og dermed de forskellige underliggende neurale kredsløbssystemer modulerer svaret til andre.
Denne protokol beskriver en detaljeret procedure for den sociale undgåelse analysen. Canton-S vil kun undgå et hætteglas, hvor fluer har tidligere været mekanisk stresset, og at køn og antal respondenter påvirker ikke, at social undgåelse ydeevne. Men genetiske baggrund af respondenter har en stor indflydelse.
Følgende er flere kritiske trin til at udføre dette eksperiment med succes: 1) altid overføre fluer 2 timer før forsøget, og sørg for ikke at forstyrre deres miljø; 2) ud…
The authors have nothing to disclose.
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.
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 |