Summary

Enkel analys för kvantifiering av social Undvikande i<em> Drosophila melanogaster</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

Målet med denna metod är att enkelt kvantifiera en ny aspekt av enkla socialt beteende i Drosophila melanogaster, oberoende av uppvaktning och aggression.

Social interaktion är avgörande för en god utveckling och hälsa individer inom ett samhälle, samt funktionaliteten hos en social grupp som helhet. Den höga komplexiteten i dessa interaktioner kräver stora provstorlekar och ett system som gör det möjligt för förenkling av beteende som de genetiska och neurala grunderna för socialt beteende fortfarande dåligt kända. Drosophila melanogaster är en kraftfull genetisk modell som kan användas för att identifiera genetiska och neurala baser av sociala interaktioner. Indeed, D. melanogaster har en repertoar av komplexa sociala beteenden och några direkta mätningar av socialisering har redan gjorts 1-7. Men de flesta av dessa ansträngningar har fokuserat på relativt komplexa sociala beteenden, såsom aggressiva interaktion 3,6, olika aspekter av uppvaktning 3,8-12, och hur sociala erfarenheter påverkar andra beteenden såsom inlärning, eller dygnsrytm 13-17. Dessutom är många av dessa analyser förlitar sig på att analysera komplexa interaktionsmönster grupper av flugor, med hjälp av video tracking och datorprogram för att analysera den resulte överflöd av data. Sådana analyser är ovärderliga, och leda till nya viktiga insikter såsom dynamik fly-fly interaktioner i grupperna 7. En begränsning är dock otillgänglighet av dessa analyser till samhället i stort, och den begränsade kunskapen om mekanismerna bakom erkännande av andra. Med andra ord, är grunden för utsläpp av en signal från en individ och dess erkännande av en annan fortfarande dåligt kända 18.

Däremot flyger också uppvisar en enkel beteende, socialt undvikande, där individer röra sig bort från en signal som skickas av stressade flugor: D. Melanogaster Stress odorant eller DSO 19. I en hög genomströmning analys, kan detta beteende kvantifieras som undvikande av en stress signal som skickas av andra flugor, eller socialt undvikande 19. Flugor placeras i en T-labyrint apparat och ges möjlighet att undvika en flaska innehållande DSO. Med hjälp av denna analys, blev CO2 visade sig vara en komponent i DSO, och en del av neurala kretsar som krävs för att svara på CO2 dissekerades 19.

Analysen sociala undvikande presenteras här liknar konceptuellt till de enkla beteendeanalyser som utvecklats i Seymour Benzer laboratorium som möjlig generationer av forskare för att dissekera komplexa beteenden 20. Analys av social undvikande kan genomföras kostnadseffektivt med hjälp av T-labyrinten analys, vilket möjliggör mer utbredd studie av socialt beteende. Till exempel med hjälp av denna analys som vi nyligen visat att olika genetiska risker för autism har kontrasterande effekter i socialt behavior analyser. Mutanter för en kandidat gen för autism – neurobeachin 21,22 – nuvarande brister både i det sociala rummet (beskrivs på annat håll 23) och socialt undvikande 24. Onormal dopaminerga signalering föreslås också att spela en roll i etiologin för autism hos människor 25,26. I motsats till de resultat som erhållits med neurobeachin, fann vi att social undvikande prestanda var opåverkad av ökad eller minskad nivåer av Drosophila vesikulär Monoamin Transporter (VMAT) i dopaminerga celler, även om det sociala rummet var direkt korrelerad till dessa nivåer av VMAT 27. De kontrasterande resultat som erhållits med neurobeachin och VMAT stryker möjligheten att identifiera olika former av asocialt beteende och därmed olika underliggande neurala circuitries modulerar responsen på andra.

Protocol

1. Utrustning och reagenser Skapad Egen (se Förteckning över material för andra) Förbered en Drosophila kallt anestesi apparat för att utföra flyga arbete. Skär ett poröst polyetenark för att täcka en liten plastlåda (12,7 cm lång, 10,2 cm bred), typiskt den övre luckan på en pipettspetsar låda (12,7 cm lång, 10,2 cm bred, 3,8 cm djup). Fyll lådan med krossad is, täck med den porösa polyetenark. Förbered en T-labyrint apparat; anpassa anordningen som …

Representative Results

Undvikande analysen sociala är en robust testet kvantifiera förmågan hos Drosophila melanogaster att känna igen en stresssignal (DSO) som avges av andra flugor, och därmed bedöma en aspekt av sociala interaktioner. Analysen utförs med hjälp av en apparat som vanligen används i olika beteendeanalyser som kallas en T-labyrint, som presenterar flugorna med ett val mellan två olika alternativ – vänster eller höger 19,28-31. I detta fall, är effektiviteten vid vilken flugorna undvika DSO kvan…

Discussion

Detta protokoll beskriver ett detaljerat förfarande för undvikande analysen sociala. Canton-S kommer bara undvika en flaska där flyger har tidigare varit mekaniskt stressad, och att kön och antal responders påverkar inte den sociala undvikande prestanda. Men genetisk bakgrund av responders har ett stort inflytande.

Följande är flera viktiga steg för att utföra detta experiment framgångsrikt: 1) alltid överföra flugorna 2 tim före försöket och se till att inte störa sin omgivn…

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