空間と時間の温度変化に対応したショウジョウバエのパフォーマンスを決定する自動化された方法
Summary
ここで時間と空間で高速かつ正確な温度変化を生成するプログラム可能な温度制御のアリーナを使用して温度変化でショウジョウバエの歩行のパフォーマンスを自動的に決定するためのプロトコルを提案する.
Abstract
温度は、種の配布および動作方法に影響を与えるユビキタス環境要因です。ショウジョウバエの種の生理的な耐性と適応性によると温度変化に対する具体的な応答があります。ショウジョウバエハエには、温度感知温度 ectotherms の処理の神経基盤を理解する基礎となっているシステムも所有しています。温度変化に個々 のはえの応答を探索する時間と空間の制御と高速高精度の温度変化を可能にする温度制御のアリーナをご紹介します。個々 のはえはアリーナに配置、設定を決定するのに同時に温度を反応規範を決定するまたは空間的分散温度で均一徐々 に増加など、事前にプログラムされた温度の課題にさらされています。個人は速度または位置の好みの定量化をできるように、自動的に追跡されます。このメソッドは、急速にショウジョウバエの温度性能曲線を決定する温度の大きい範囲または同じようなサイズの他の昆虫に応答を定量化する使用ことができます。さらに、温度の設定と変異体や野生型ハエの反応を数値化する遺伝学的研究のためこのそれを使用できます。このメソッドは、熱の種分化、適応と温度処理の背後にある神経のメカニズムの基礎を明らかに助けることができます。
Introduction
温度が一定の環境要因の生物機能し、1を動作に影響を与えるです。緯度や高度の違いは、生物が、温度2,3への応答に対する進化的選択の結果にさらされている気候の種類の違いに します。4自分の特定の環境下でのパフォーマンスを最大化する形態学的、生理学的なおよび行動の適応によって異なる温度に応答する生物。例えば、ミバエショウジョウバエのさまざまな地域からの人口がある異なる温度の設定、本体サイズ、発達度、長寿、多産、歩行性能別温2 ,5,6,7。異なる起源のハエとの間観察された多様性は遺伝的変異とプラスチック遺伝子式8,9によって部分的に説明されます。同様に、さまざまな分野からショウジョウバエ種温度勾配の間で異なる配布し、極端な暑さと寒さテスト10、11,12に抵抗性の差異を表示します。
ショウジョウバエも最近温度知覚13,14,15,16,17の遺伝学的および神経の基礎を理解するための好みのモデルとなっています。成虫が温度を感知するアンテナの冷・温の周辺温度センサーと温度センサー脳13,14,,1516を通して広く、,17,18,19,20. 高温下に末梢受容器表現Gr28b.d16または発熱21周囲中冷たい受容器はBrivido14によって特徴付けられます。脳の温度はTrpA115を表現するニューロンによって処理されます。これらの経路の突然変異体の行動研究は温度の処理方法の私達の理解を改善しているし、さまざまな地域からショウジョウバエの個体数によって異なるメカニズムに洞察力を与えます。
ここで高速かつ正確な温度変化を生成する温度制御のアリーナをについて説明します。捜査済み人手を介さず標準化され、再現性のある温度を操作することができますこれらの変更プログラムできます。ハエは記録および実験の異なるフェーズでその位置と速度を決定するための特殊なソフトウェアを使用して追跡。このプロトコルで主な測定は各温度下での歩行速度である個々 の熱的適応性5を識別できる生理学的な性能の生態学的関連性の高いインデックス。温度受容体変異体と共にこの手法は細胞および生化学的レベルでの温度適応のメカニズムを明らかにすることができます。
Protocol
Representative Results
Discussion
ここで私たちは、自動温度制御アリーナ (図 1) 時間と空間で正確な温度変化を生成するを発表しました。このメソッドを使用する (図 2および図 3) 温度の漸進的な増加を事前にプログラムだけでなく飛ぶアリーナの各タイルが加熱した動的温度課題にも個々 のショウジョウバエの露出異なる温度を独立して (<strong class=…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
この作品に支えられ一部奨学金行動とフローニンゲン大学と国立ナシオナル デ サイエンス y メキシコからテクノロジー (CONACyT) から大学院奨学金の認知神経科学プログラムから付与されたアンドレアソト-padilla さん、Hedderik ・ ファン ・ レインとジャン-クリストフ ・ Billeter に与えられる時間の調査のためのジョン ・ テンプルトン財団からの助成金。FlyStepsラッカーの開発の彼の参加のためピーター ゲリット Bosma に感謝しております。
補足情報として、以下の一時、公開リンクでスクリプトTemperaturePhases、FlySteps、およびFlyStepAnalysisを見つけることができます。
https://dataverse.nl/privateurl.xhtml?token=c70159ad-4d92-443d-8946-974140d2cb78
Materials
| Arduino Due | Arduino | A000062 | Software RUG |
| Electronics Board | Ruijsink Dynamic Engineering | FF-Main-02-2014 | |
| Power supply Boost | XP-Power 48. V 65 W | ECS65US48 | Set to 53 Volt |
| Power supply Tile Heating | XP-Power 15. V 80 W | VFT80US15 | |
| Power supply Cooling | XP-Power 15. V 130 W | ECS130U515 | |
| Peltier elements | Marlow Industries | RC12-4 | 2 Elements, controlled DC feed |
| Heat sink | Fisher Technik | LA 9/150-230V | Decoupled for vibration |
| Temperature sensors | Measurement Specialties | MCD_10K3MCD1 | Micro Thermistor Probe |
| Copper block/tiles | Ruijsink Dynamic Engineering | FF-CB-01-2014 | |
| Auminum ring | Ruijsink Dynamic Engineering | FF-RoF-02-2015 | |
| Tesa 4104 white tape 25 x 66 mm | RS Components | 111-2300 | White conductive tape |
| Red LEDs | Lucky Ligt | ll-583vc2c-v1-4da | Wavelength between 625 nm, 20 mAmp and 6 V |
| Warm white LED strip | Ledstripkoning | HQ-3528-SMD | 60 LEDs per meter |
| Switch Power Supply | Generic | T-36-12 | |
| Logitech c920 | Logitech Europe S.A | PN960-001055 | |
| QuickTime Player | Apple Computer | Recording program | |
| Tracking analysis software | R | Packages: pacman | |
| Tracking analysis software | MATLAB | ||
| Thermal Imaging | FLIR T400sc | ||
| Graphs and Statisticts Software | Graph Pad Prism | ||
| Sigmacote | Sigma-Aldrich | SL2-100ML | Siliconising agent |
| Fly rearing bottles | Flystuff | 32-130 | 6oz Drosophila stock bottle |
| Flypad | Flystuff | 59-114 | |
| Fly rearing vials | Dominique Dutscher | 789008 | Drosophila tubes narrow 25×95 mm |
| Incubator | Sanyo | MIR-154 | |
| Magnetic hot plate | Heidolph | 505-20000-00 | MR Hei-Standard |
| Agar | Caldic Ingredients B.V. | 010001.26.0 | |
| Glucose | Gezond&wel | 1019155 | Dextrose/Druivensuiker |
| Sucrose | Van Gilse | Granulated sugar | |
| Cornmeal | Flystuff | 62-100 | |
| Wheat germ | Gezond&wel | 1017683 | |
| Soy flour | Flystuff | 62-115 | |
| Molasses | Flystuff | 62-117 | |
| Active dry yeast | Red Star | ||
| Tegosept | Flystuff | 20-258 | 100% |
Referências
- Abram, P. K., Boivin, G., Moiroux, J., Brodeur, J. Behavioural effects of temperature on ectothermic animals unifying thermal physiology and behavioural plasticity. bioRxiv. , (2016).
- Rajpurohit, S., Schmidt, P. S. Measuring thermal behavior in smaller insects: A case study in Drosophila melanogaster demonstrates effects of sex, geographic origin, and rearing temperature on adult behavior. Fly. 10 (4), 149-161 (2016).
- Jezovit, J. A., Levine, J. D., Schneider, J. Phylogeny environment and sexual communication across the Drosophila genus. The Journal of Experimental Biology. 220 (1), 42-52 (2017).
- Sinclair, B. J., Williams, C. M., Terblanche, J. S. Variation in Thermal Performance among Insect Populations. Physiological and Biochemical Zoology. 85 (6), 594-606 (2012).
- Gibert, P., Huey, R., Gilchrist, G. Locomotor performance of Drosophila melanogaster: Interactions among developmental and adult temperautures, age, and geography. Evolution. 55 (1), 205-209 (2001).
- Trotta, V., et al. Thermal plasticity in Drosophila melanogaster: A comparison of geographic populations. BMC Evolutionary Biology. 6, 1-13 (2006).
- Klepsatel, P., Gálikova, M., De Maio, N., Huber, C. D., Christian, S., Flatt, T. Variation in thermal performance and reaction norms among populations of Drosophila melanogaster. Evolution. 67 (12), 3573-3587 (2013).
- Latimer, C. A. L., Wilson, R. S., Chenoweth, S. F. Quantitative genetic variation for thermal performance curves within and among natural populations of Drosophila serrata. Journal of Evolutionary Biology. 24, 965-975 (2011).
- Chen, J., Nolte, V., Schlotterer, C. Temperature-related reaction norms of gene expression: Regulatory architecture and functional implications. Molecular Biology and Evolution. , (2015).
- Kellermann, V., Overgaard, J., Hoffmann, A. A., Flojgaard, C., Svenning, J. -. C., Loeschcke, V. Upper thermal limits of Drosophila are linked to species distributions and strongly constrained phylogenetically. Proceedings of the National Academy of Sciences. 109 (40), 16228-16233 (2012).
- Andersen, J. L., Manenti, T., Sørensen, J. G., Macmillan, H. A., Loeschcke, V., Overgaard, J. How to assess Drosophila cold tolerance: Chill coma temperature and lower lethal temperature are the best predictors of cold distribution limits. Functional Ecology. 29 (1), 55-65 (2015).
- Krstevska, B., Hoffmann, A. A. The effects of acclimation and rearing conditions on the response of tropical and temperate populations of Drosophila melanogaster and D. simulans to a temperature gradient (Diptera: Drosophilidae). Journal of Insect Behavior. 7 (3), 279-288 (1994).
- Frank, D. D., Jouandet, G. C., Kearney, P. J., Macpherson, L. J., Gallio, M. Temperature representation in the Drosophila brain. Nature. 519 (7543), 358-361 (2015).
- Gallio, M., Ofstad, T. A., Macpherson, L. J., Wang, J. W., Zuker, C. S. The coding of temperature in the Drosophila brain. Cell. 144 (4), 614-624 (2011).
- Hamada, F. N., et al. An internal thermal sensor controlling temperature preference in Drosophila. Nature. 454 (7201), 217-220 (2008).
- Ni, L., et al. A gustatory receptor paralogue controls rapid warmth avoidance in Drosophila. Nature. 500 (7464), 580-584 (2013).
- Liu, W. W., Mazor, O., Wilson, R. I. Thermosensory processing in the Drosophila brain. Nature. 519 (7543), 353-357 (2015).
- Neely, G. G., et al. TrpA1 Regulates Thermal Nociception in Drosophila. Public Library of Science ONE. 6 (8), e24343 (2011).
- Zhong, L., et al. Thermosensory and non-thermosensory isoforms of Drosophila melanogaster TRPA1 reveal heat sensor domains of a thermoTRP channel. Cell Reports. 1 (1), 43-55 (2012).
- Barbagallo, B., Garrity, P. A. Temperature sensation in Drosophila. Current Opinion in Neurobiology. 34, 8-13 (2015).
- Tang, X., Platt, M. D., Lagnese, C. M., Leslie, J. R., Hamada, F. N. Temperature integration at the AC thermosensory neurons in Drosophila. Journal of Neuroscience. 33 (3), 894-901 (2013).
- Petavy, G., David, J. R., Gibert, P., Moreteau, B. Viability and rate of development at different temperatures in Drosophila: A comparison of constant and alternating thermal regimes. Journal of Thermal Biology. 26 (1), 29-39 (2001).
- Diegelmann, S., Zars, M., Zars, T. Genetic dissociation of acquisition and memory strength in the heat-box spatial learning paradigm in Drosophila. Learning & Memory. 13 (1), 72-83 (2006).
- Zars, M., Zars, T. High and low temperatures have unequal reinforcing properties in Drosophila spatial learning. Journal of Comparative Physiology A: Neuroethology, Sensory, Neural, and Behavioral Physiology. 192 (7), 727-735 (2006).
- Zars, T., Wolf, R., Davis, R., Heisenberg, M. Tissue-specific expression of a type I adenylyl cyclase rescues the rutabaga mutant memory defect: in search of the engram. Learning & Memory. 7 (1), 18-31 (2000).
- Jones, M. A., Grotewiel, M. Drosophila as a model for age-related impairment in locomotor and other behaviors. Experimental Brain Research. 46 (5), 320-325 (2011).
