Summary

Villkor som påverkar Social Space 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

Utrymmet analysen social beskrivs här kan användas för att kvantifiera sociala interaktioner av Drosophila melanogaste r – eller andra små insekter – på ett enkelt sätt. Som vi tidigare visat en, i en två-dimensionell kammare, vi först tvinga flugorna att bilda en tät grupp, därefter låta dem ta sin föredragna avstånd från varandra. Efter flugorna har avgjorts, mäter vi avståndet till närmaste granne (eller socialt utrymme), behandling av en statisk bild med fri programvara online (ImageJ). Analysen av avståndet till närmaste granne tillåter forskare att bestämma effekterna av genetiska och miljömässiga faktorer på social interaktion, samtidigt kontrollera för potentiella störfaktorer. Olika faktorer såsom klättringsförmåga, tid på dygnet, kön och antal flugor, kan ändra sociala avståndet mellan flugor. Vi föreslår sålunda en serie experimentella kontroller för att mildra dessa störande effekter. Denna analys kananvändas för åtminstone två syften. För det första kan forskarna avgöra hur deras favorit miljö shift (t.ex. isolering, temperatur, stress eller toxiner) kommer att påverka den sociala avstånd 1,2. För det andra, kan forskare dissekera de genetiska och neurala grunderna för denna grundläggande form av socialt beteende 1,3. Specifikt, vi använde det som ett diagnostiskt verktyg för att studera betydelsen av ortologa gener som tros vara inblandade i socialt beteende i andra organismer, såsom kandidatgener för autism hos människor 4.

Introduction

Social interaktion är avgörande för en god utveckling och hälsa individer inom en grupp som helhet, och kan observeras över många arter, från människor (Homo sapiens) och enklare organismer såsom fruktflugor (Drosophila melanogaster) 5,6. En enskild fruktflugor eller människa har gemensamma metoder för att behandla sensorisk information under dessa interaktioner, oavsett om det är: auditiv, visuell, lukt, känsel, eller gustation. Vi och andra hypotesen att det finns ett potentiellt delad neurocircuitry underliggande beteendemässiga reaktioner på sociala interaktioner och att de neuronala celler och gener som är involverade kan vara evolutionärt konserverade 7. När den första interaktionen har inträffat, kommer socialt utrymme mellan de samverkande individerna antingen öka (social undvikande 8) eller minskning (gruppbildning / aggregation 5). Mer komplicerade interaktioner, som aggression eller uppvaktning, kan sedan ske.

<p class = "jove_content"> Varken sofistikerade verktyg och metoder, eller stora investeringar i tid och utbildning krävs för att kvantifiera denna enkla form av socialt beteende, vilket gör det till ett kraftfullt analysverktyg. Här förklarar vi en enkel protokoll som kvantifierar inter-fly avstånd eller socialt rum, för att bedöma det sociala samspelet i stabila grupper av Drosophila melanogaster, som användes i följande studier 1-4,9. Socialt rum avser ett mått på avståndet mellan en fluga och dess närmaste granne 10. Sociala rummet är konsekvent för en viss population av D. melanogaster när experimentella betingelser bevaras (i genomsnitt ungefär inom 1-2 kroppslängder), och varierar med hänsyn till social upplevelse av flugorna, ökar om individen har hållits isolerade 1. Korrekt vision är nödvändig för att upprätthålla normal social distans, men inte klassiska doftämnen eller CVA uppfattning 1. Mått på socialt rum kan därför varaanvändas som ett diagnostiskt verktyg för att analysera sociala interaktioner och kvantifiera socialt beteende i D. melanogaster 1. Vi beskriver här i detalj hur man utför denna kvantifiering, och i vilken utsträckning gemensamma experimentella variabler påverkar detta beteende.

Vi visar att orienteringen av kammaren där analysen utförs, liksom antalet flugor – i en omfattning – gör påverkar sociala rummet. Det har tidigare visat att kammargeometrin påverkar spontan utforskande förflyttning av flugor 11,12, och detta fenomen kan i slutändan påverka om de beslutar att bosätta sig. Men så länge som flugan densitet (fluga / cm 2) och kammar orientering är densamma, förblir det sociala rummet av flugorna också konstant. Robustheten i denna analys illustreras av det faktum att oberoende laboratorier med olika kammarstorlekar, form och orientering kan replikera resultatet visas av mutanter av white gen (som påverkar ögonpigmentering), vilket är en ökning socialt utrymme (vertikal triangel eller horisontell cirkel i ett, horisontella torg med luftflödet i 3).

Våra resultat visar också att är avgörande för samstämmigheten i resultaten upprätthålla den tidpunkt då det sociala rummet Experimentet utförs, som vi visar att män, men inte kvinnor, står längre ifrån varandra på kvällarna. Skillnaderna ses mellan dagtid och kvällstid inte beror på aktivitets skillnader i flugorna, och vi diskuterar argument som anger att aktivitetsnivåer inte korrelerade med sociala rummet.

Slutligen finns det genetiska underbyggnad till fastställandet av sociala rummet, vilket indikeras av den vita mutanten redan beskrivits 1,3, och skillnaderna mellan olika inavlade och vildfångade stammar av flugor som vi presenterar här.

Därför gör denna analys ett utmärkt verktyg feller studera effekterna av genetiska såväl som miljöfaktorer.

Protocol

1. Utrustning och reagenser Skapad In-house (Se lista över material för andra) Förbered en Drosophila kall anestesiapparat som tidigare beskrivits 8. Förbered en fluga sug som tidigare beskrivits 13. Förbered sociala kammare och innehavare utrymme. Beställ eller göra glasrutor och akryl distanser för att skapa de sociala kamrarna utrymme. Varje socialt utrymme kammare består av två kvadratiska glasrutor (17,6 cm x 17,6 cm, med en tjocklek p…

Representative Results

Det sociala rummet kammaren kan användas som ett verktyg för att kvantifiera sociala beteende Drosophila melanogaster. Akryl distanser och glasrutor klipps tillsammans för att bilda en inre triangulär arena som ger en två-dimensionell området där flugor kan bilda stabila grupper utan närvaro av många potentiellt störande signaler. När flugorna överförs till den vertikala arenan, de överraskad av att utnyttjas ned, och de svarar genom ett avbrotts beteende: negativa geotaxis. De klättra till verte…

Discussion

I detta protokoll var ett detaljerat förfarande för kvantifiering av sociala utrymme som beskrivs. Några viktiga åtgärder för att säkerställa experimentet lyckas är: 1) Använd alltid handskar vid rengöring och ställa upp utrustningen, för att hålla dina egna oljor och dofter från den inre kammaren av apparaten, 2) säkerställa flugor samlas minst en dag innan experimentet att minska eventuella effekter av kallt anestesi, 3) 2 timmar innan experimentet ger nya ampuller innehållande färska livsmedel för…

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