Summary

Forhold, der påvirker sociale rum i<em> Drosophila melanogaster</em

Published: November 05, 2015
doi:

Summary

The effect of genes and environment on social space of Drosophila melanogaster can be quantified through a powerful but straightforward analytical paradigm. We show here different factors that can affect this social space, and thus need to be taken into consideration when designing experiments in this paradigm.

Abstract

Det sociale rum analysen beskrevet her, kan anvendes til at kvantificere sociale interaktioner af Drosophila melanogaste r – eller andre små insekter – på en ligefrem måde. Som vi tidligere vist 1, i et todimensionalt rum, vi først tvinge fluerne til dannelse af en tæt gruppe, efterfølgende at tillade dem at tage deres foretrukne afstand fra hinanden. Efter fluerne har afgjort, måler vi afstanden til nærmeste nabo (eller sociale rum), behandling af et statisk billede med gratis online software (ImageJ). Analysen af ​​afstanden til den nærmeste nabo tillader forskerne at bestemme virkningerne af genetiske og miljømæssige faktorer på social interaktion, samtidig med at kontrollere for potentielle forstyrrende faktorer. Forskellige faktorer såsom klatring evne, tidspunkt på dagen, køn og antal fluer, kan ændre sociale afstand af fluer. Vi foreslår derfor en række eksperimentelle kontrol for at afbøde disse forstyrrende effekter. Dette assay kananvendes i mindst to formål. For det første kan forskerne bestemme, hvordan deres foretrukne miljømæssige shift (såsom isolering, temperatur, stress eller toksiner) vil påvirke den sociale afstand 1,2. For det andet, kan forskerne dissekere de genetiske og neurale fundament for denne grundlæggende form for social adfærd 1,3. Konkret vi brugte det som et diagnostisk værktøj til at studere den rolle, ortologe gener menes at være involveret i social adfærd i andre organismer, såsom kandidatgener for autisme hos mennesker 4.

Introduction

Sociale interaktioner er afgørende for den rette udvikling og sundhed for personer i en gruppe som helhed og kan observeres på tværs af mange arter, fra mennesker (Homo sapiens) til simplere organismer som bananfluer (Drosophila melanogaster) 5,6. En individuel frugtflue eller human deler fælles midler til at behandle sensoriske oplysninger under disse interaktioner, hvad enten det er: auditive, visuelle, olfaktoriske, taktile eller gustation. Vi og andre hypotesen, at der er en potentielt delt neurocircuitry underliggende adfærdsmæssige reaktioner på sociale interaktioner, og at de neuronale celler og gener involveret kan være evolutionær bevaret 7. Når den første interaktion har fundet sted, sociale rum mellem de interagerende individer vil enten stigning (social undgåelse 8) eller fald (gruppedannelse / sammenlægning 5). Mere komplicerede samspil, ligesom aggression eller frieri, kan derefter finde sted.

<p class = "jove_content"> Hverken avancerede værktøjer og metoder, eller store investeringer i tid og uddannelse er forpligtet til at kvantificere denne enkle form for social adfærd, hvilket gør det et stærkt analytisk værktøj. Her forklarer vi en enkel protokol, der kvantificerer inter-flue afstand eller sociale rum, til at vurdere den sociale interaktion i stabile grupper af Drosophila melanogaster, som anvendes i de følgende undersøgelser 1-4,9. Sociale rum refererer til et mål for afstanden mellem en flue og dens nærmeste nabo 10. Sociale rum er konsistent for en given population af D. melanogaster når eksperimentelle betingelser er bevaret (i gennemsnit ca. indenfor 1-2 krop længder), og varierer med hensyn til den sociale oplevelse af fluerne, stigende hvis den enkelte har været holdt i isolation 1. Korrekt vision er nødvendig for at opretholde en normal social afstand, men ikke klassiske lugtstoffer eller CVA opfattelsen 1. Måling af det sociale rum kan således væreanvendes som et diagnostisk værktøj til at analysere sociale interaktioner og kvantificere social adfærd i D. melanogaster 1. Vi beskriver her i detaljer, hvordan du udfører denne kvantificering, og i hvilket omfang fælles eksperimentelle variabler påvirker denne adfærd.

Vi viser, at orienteringen af ​​det kammer, hvor assayet udføres, samt antallet af fluer – på en måde, – gør påvirker sociale rum. Det blev tidligere vist, at kammeret geometri påvirker spontan sonderende bevægelse af fluer 11,12, og dette fænomen kan i sidste ende påvirke, hvis de beslutter at bosætte sig. Men så længe fluen densitet (flue / cm2) og kammeret orientering holdes den samme, det sociale rum af fluerne også forbliver konstant. Robustheden af dette assay er illustreret ved, at uafhængige laboratorier ved hjælp af forskellige størrelser kammer, form og orientering kan replikere vises ved mutanter af WH resultatite gen (påvirker øjet pigmentering), hvilket er en stigning sociale rum (lodret trekant eller vandret cirkel i pt vandret firkant med luftstrøm i 3).

Vores resultater viser også, at opretholde det tidspunkt, hvor det sociale rum forsøget udføres er afgørende for sammenhængen i resultaterne, som vi viser, at mænd, men ikke kvinder, er længere fra hinanden om aftenen. Men forskellene ses mellem dag- og aftentimerne ikke skyldes aktivitet forskelle i fluer, og vi diskuterer argumenter indikerer, at aktivitetsniveauet er ikke korreleret med det sociale rum.

Endelig er der genetiske fundament for fastlæggelsen af sociale rum, som angivet af den hvide mutant allerede beskrevne 1,3, og forskellene mellem forskellige indavlede og vilde-fanget stammer af fluer, vi præsenterer her.

Derfor er denne analyse gør et fremragende værktøj feller studere virkningerne af genetiske såvel som miljømæssige faktorer.

Protocol

1. Udstyr og reagenser Oprettet In-house (se liste over materialer for andre) Forbered en Drosophila kold anæstesi apparater som tidligere beskrevet 8. Forbered en flue aspirator som tidligere beskrevet 13. Forbered sociale rum kamre og holdere. Bestil eller gøre ruder og akryl afstandsstykker til at skabe det sociale rum kamre. Hver sociale rum kammer består af to kvadratiske glasruder (17,6 cm 17,6 cm, med en tykkelse på 0,3 cm), to højre trek…

Representative Results

Det sociale rum kammer kan bruges som et værktøj til at kvantificere sociale adfærd Drosophila melanogaster. Akryl afstandsstykker og ruder er klippet sammen til dannelse af en indre trekantede arena, der giver en todimensional område, hvor fluer kan danne stabile grupper uden tilstedeværelse af mange potentielt forstyrrende signaler. Når fluer overføres til den lodrette arena, bliver de overraskede ved at blive tappet ned, og de reagerer ved en flugt adfærd: negative geotaxis. De klatre op til toppunkt…

Discussion

I denne protokol, blev en detaljeret procedure til kvantificering af sociale rum beskrevet. Nogle afgørende skridt til at sikre eksperimentet er vellykket, er: 1) altid bruge handsker ved rengøring og opsætning af apparatet, for at holde dine egne olier og dufte fra indre kammer af apparatet, 2) sikre fluer indsamles mindst én dag før eksperimentet for at reducere den eventuelle påvirkning af kold anæstesi, 3) 2 timer før forsøget give nye hætteglas indeholder friske fødevarer for at sikre fluer ikke udsultes…

Declarações

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

The authors want to thank Dr. Tadmiri Venkatesh for his encouragement to prepare this manuscript, Dova Brenman and Selwyn Chui for their constructive comments, Elyssa Burg and Wayne Rasband for designing the macro in ImageJ for all interfly distances and for nearest neighbor distances. The authors also want to thank the reviewers for their constructive comments.

A.A.A, M.C.C. and A.F.S were responsible for research design; S.N.J., A.A.A, M.N., Z.R., and A.J.M. performed the experiments. A.A.A, M.N., A.J.M. and M.C.C and A.F.S. analyzed the data; A.R.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.; by a Mathematics, Biology, Chemistry, and Geology majors scholarship for teachers-in-training and by a Louis Stokes Alliance for Minority Participation scholarship to A.A.A.

Materials

Stereo Zoom Microscope  Nikon   SMZ-645 Any other standard scope for fly handling would work
Small paint brushes  for pushing flies
Jazz-mix Fisher 33545 any other standard drosophila food would work
Mini-Alarm Timer/Stopwatch
 Sharpie pens
Adhesive Tape
Medium size binder clips Staples to hold the chambers together: 1-1/4" (32mm) medium clips with 5/8" capacity
small SupportStands Carolina  707161 to hold the chambers in a vertical orientation
Buret clamps Carolina 707362
Digital Camera Nikon  Coolpix S8000  to take the still pictures
small ruler to be able to scale the picture
trifold board and white bench cover to provide a white background, and a homogeneous light.
pounding pad any mouse pad works.
Prism 6 GraphPad Software Inc. Prism 6 for Mac OS X Any statistical analysis software with t-test, one-way and two ANOVA would work

Referências

  1. 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).
  2. Kaur, K., Simon, A. F., Chauhan, V., Chauhan, A. Effect of bisphenol A on the behavior of Drosophila melanogaster. – Potential use of Drosophila as a model in the study of neurodevelopmental disorders. Behavioural Brain Research. , (2015).
  3. Burg, E. D., Langan, S. T., Nash, H. A. Drosophila social clustering is disrupted by anesthetics and in narrow abdomen ion channel mutants. Genes Brain Behav. 12, 338-347 (2013).
  4. Wise, A., et al. The autism candidate gene Neurobeachin (Rugose) mutants in Drosophila exhibit neuro-developmental disorders, aberrant synaptic properties, altered locomotion, impaired adult social behavior and activity patterns. J Neurosci. , 1-9 (2015).
  5. Parrish, J. K., Edelstein-Keshet, L. Complexity, pattern, and evolutionary trade-offs in animal aggregation. Science. 284, 99-101 (1999).
  6. Sokolowski, M. B. Social interactions in ‘‘simple’’ model systems. Neuron. 65, 780-794 (2010).
  7. Rittschof, C. C., Robinson, G. E. Genomics: moving behavioural ecology beyond the phenotypic gambit. Animal Behaviour. 92, 263-270 (2014).
  8. Fernandez, R. W., et al. Straightforward assay for quantification of social avoidance in Drosophila melanogaster. JoVE. (94), e52011 (2014).
  9. Hahn, N., et al. Monogenic heritable autism gene neuroligin impacts Drosophila. social behaviour. Behav Brain Res. 252, 450-457 (2013).
  10. Mogilner, A., Edelstein-Keshet, L., Bent, L., Spiros, A. Mutual interactions, potentials, and individual distance in a social aggregation. J Math Biol. 47, 353-389 (2003).
  11. Liu, L., Davis, R. L., Roman, G. Exploratory activity in Drosophila requires the kurtz nonvisual arrestin. Genética. 175, 1197-1212 (2007).
  12. Soibam, B., et al. Open-field arena boundary is a primary object of exploration for Drosophila. Brain Behav. 2, 97-108 (2012).
  13. Ejima, A., Griffith, L. C. Ch. 30. Drosophila Neurobiology – A laboratory Manual., Ch. , 475-481 (2010).
  14. Benzer, S. Behavioral mutants of Drosophila melanogaster. isolated by countercurrent distribution. PNAS. 58, 1112-1119 (1967).
  15. Connolly, J. B., Tully, T., Roberts, D. B. Drosophila: A practical approach. 1, 265-317 (1998).
  16. Simon, A. F., Shih, C., Mack, A., Benzer, S. Steroid control of longevity in Drosophila melanogaster. Science. 299, 1407-1410 (2003).
  17. Rasband, W. S. . ImageJ. , (1997).
  18. Simon, A. F., et al. Drosophila, vesicular monoamine transporter mutants can adapt to reduced or eliminated vesicular stores of dopamine and serotonin. Genética. 181, 525-541 (2009).
  19. Barone, M. C., Bohmann, D. Assessing neurodegenerative phenotypes in Drosophila .dopaminergic neurons by climbing assays and whole brain immunostaining. JoVE. (74), e50339 (2013).
  20. Ali, Y. O., Escala, W., Ruan, K., Zhai, R. G. Assaying locomotor, learning, and memory deficits in Drosophila. models of neurodegeneration. JoVE. , e2504 (2011).
  21. 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, 386-395 (2005).
  22. Simon, A. F., Liang, D. T., Krantz, D. E. Differential decline in behavioral performance of Drosophila melanogaster. with age. Mech Ageing Dev. 127, 647-650 (2006).
  23. Khalil, S., Jacobson, E., Chambers, M. C., Lazzaro, B. P. Systemic bacterial infection and immune defense phenotypes in Drosophila melanogaster. JoVE. , (2015).
  24. Fernandez, R. W., Akinleye, A. A., Nurilov, M., Rouzyi, Z., Simon, A. F. . , (2013).
  25. Suh, G. S. B., et al. A single population of olfactory sensory neurons mediates an innate avoidance behaviour in Drosophila. Nature. 431, 854-859 (2004).
  26. Helfrich-Förster, C. Differential control of morning and evening components in the activity rhythm of Drosophila melanogaster.–Sex-specific differences suggest a different quality of activity. J. Biol. Rhythms. 15, 135-154 (2000).
  27. Fujii, S., Krishnan, P., Hardin, P. E., Amrein, H. Nocturnal male sex drive in Drosophila. Curr Biol. 17, 244-251 (2007).
  28. Pellegrino, A. C., et al. Weather forecasting by insects: modified sexual behaviour in response to atmospheric pressure changes. PLoS One. 8, e75004 (2013).
check_url/pt/53242?article_type=t

Play Video

Citar este artigo
McNeil, A. R., Jolley, S. N., Akinleye, A. A., Nurilov, M., Rouzyi, Z., Milunovich, A. J., Chambers, M. C., Simon, A. F. Conditions Affecting Social Space in Drosophila melanogaster. J. Vis. Exp. (105), e53242, doi:10.3791/53242 (2015).

View Video