Summary

Assay הפשוט לכימות חברתיות הימנעות ב<em> Melanogaster דרוזופילה</em

Published: December 13, 2014
doi:

Summary

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

מטרתה של שיטה זו היא לכמת היבט חדש של התנהגות פשוטה חברתית בmelanogaster דרוזופילה, עצמאית מחיזור ותוקפנות בקלות.

אינטראקציות חברתיות הן קריטיות להתפתחות התקינה ובריאותו של אדם בחברה, כמו גם את הפונקציונליות של קבוצה חברתית בכללותו. המורכבות גבוהות של אינטראקציות אלה מחייבים גדלי מדגם גדולים ומערכת המאפשרת לפישוט של ההתנהגות כבסיס הגנטי ועצבי של התנהגות חברתית עדיין לא נחקרו מספיק. Melanogaster תסיסנית הוא מודל גנטי רב עוצמה שיכול לשמש לזיהוי הגנטי ו בסיסים עצביים של אינטראקציות חברתיות. ואכן, ד ' יש melanogaster רפרטואר של התנהגויות חברתיות מורכבות וכמה מדידות ישירות של סוציאליזציה כבר נעשו 1-7. עם זאת, רוב המאמצים האלה כבר התמקדו התנהגויות חברתיות מורכבות יחסית, כגון aggresאינטראקציות sive 3,6, היבטים שונים של חיזור 3,8-12, וכיצד משפיעים על התנהגויות חברתיות ניסיון אחרים כגון למידה, או קצב היממה 13-17. בנוסף, רב של מבחני אלה מסתמכים על ניתוח דפוסי אינטראקציה מורכבים של קבוצות של זבובים, באמצעות מעקב וידאו ותוכנת מחשב כדי לנתח את השפע של נתונים וכתוצאה מכך. ניתוח כזה הוא לא יסולא בפז, ולהוביל לתובנות חדשות וחשובות כמו הדינמיקה של אינטראקציות לטוס לטוס בקבוצות 7. מגבלה אחת, לעומת זאת, היא הנגישות של מבחני אלה לקהילה בכללותה, והידע המוגבל של המנגנונים העומדים בבסיס הכרה של אחרים. במילים אחרות, הבסיס של הפליטה של אות על ידי אדם אחד וההכרה שלה על ידי אחר עדיין הבין היטב 18.

בניגוד לכך, זבובים גם תערוכת התנהגות פשוטה, הימנעות חברתית, שבו אנשים להתרחק מאות הנפלטת על ידי זבובים הדגישו: ד Melanogaster מתח odorant או DSO 19. בassay תפוקה גבוהה, התנהגות זו ניתן לכמת כהימנעות מאות מתח הנפלטת על ידי זבובים אחרים, או הימנעות חברתית 19. זבובים ממוקמים במנגנון T-מבוך וניתנו להם האפשרות להימנע מבקבוקון המכיל DSO. שימוש assay זה, CO 2 הוצג להיות מרכיב של DSO, וחלק מהמעגלים העצביים ההכרחיים להגיב ל- CO 2 היו גזורים 19.

Assay ההימנעות החברתי שהוצג כאן הוא דומה מבחינה רעיונית למבחני התנהגות הפשוטים שפותחו במעבדתו של סימור Benzer שאפשרו דורות של חוקרים לנתח התנהגויות מורכבות 20. ניתוח של הימנעות חברתית יכול להתבצע בצורה חסכונית באמצעות assay T-המבוך, ומאפשר למחקר נרחב יותר של התנהגות חברתית. לדוגמא, באמצעות assay זה אנו הוכיחו לאחרונה כי יש לי סיכונים גנטיים שונים לאוטיזם השפעות מנוגדות בb החברתיתמבחני ehavior. מוטציות לגן מועמד לאוטיזם – neurobeachin 21,22 – ליקויים הנוכחיים הן במרחב חברתי (שתוארו במקום אחר 23) והימנעות חברתית 24. איתות דופאמין חריגה היא גם הציעה לשחק תפקיד באטיולוגיה של אוטיזם בבני האדם 25,26. בניגוד לתוצאות שהושגו עם neurobeachin, מצאנו כי ביצועי הימנעות חברתיים היו מושפעים מעלייה או הירידה ברמות של דרוזופילה לפוחי מונואמין Transporter (VMAT) בתאי דופאמין, למרות שהמרחב חברתי הראה המתאם גבוה לרמות של 27 VMAT אלה. התוצאות המנוגדות שהושגו עם neurobeachin וVMAT מדגישות את האפשרות של זיהוי צורות שונות של התנהגות א-סוציאלית, ובכך circuitries העצבי הבסיסי שונה ויסות התגובה לאחרים.

Protocol

1. ציוד וריאגנטים שנוצרו בבית (ראה רשימה של חומר לאחרים) הכן מנגנון הרדמה קרה תסיסנית לבצע עבודת זבוב. חותך גיליון פוליאתילן נקבובי כדי לכסות קופסא קטנה מפלסטיק (12.7 סנטי?…

Representative Results

Assay ההימנעות החברתי הוא מבחן חזק כימות היכולת של דרוזופילה melanogaster להכיר אות מתח (DSO) הנפלטת על ידי זבובים אחרים, ובכך להעריך היבט אחד של אינטראקציות חברתיות. Assay מתבצע באמצעות מנגנון נפוץ במבחני התנהגות שונים המכונים T-מבוך, המציג את הזבובים עם בחירה בין שתי אפשרוי…

Discussion

פרוטוקול זה מתאר נוהל מפורט לassay ההימנעות החברתי. קנטון-S רק להימנע מבקבוקון שבטס כבר בעבר באופן מכאני הדגיש, וכי יחסי מין ומספר המגיבים אינם משפיעים על ביצועי שהימנעות חברתיים. עם זאת, רקע גנטי של המגיבים יש השפעה גדולה.

להלן כמה צ…

Declarações

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

Referências

  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).
check_url/pt/52011?article_type=t

Play Video

Citar este artigo
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