Behavioral assays provide powerful tools for understanding neuronal function. Here we present several protocols for quantifying predatory feeding behavior found in the model nematode Pristionchus pacificus and its relatives. Additionally, we provide methods for analyzing predatory feeding adaptations including mouth structures and teeth.
This protocol provides multiple methods for the analysis and quantification of predatory feeding behaviors in nematodes. Many nematode species including Pristionchus pacificus display complex behaviors, the most striking of which is the predation of other nematode larvae. However, as these behaviors are absent in the model organism Caenorhabditis elegans, they have thus far only recently been described in detail along with the development of reliable behavioral assays 1. These predatory behaviors are dependent upon phenotypically plastic but fixed mouth morphs making the correct identification and categorization of these animals essential. In P. pacificus there are two mouth types, the stenostomatous and eurystomatous morphs 2, with only the wide mouthed eurystomatous containing an extra tooth and being capable of killing other nematode larvae. Through the isolation of an abundance of size matched prey larvae and subsequent exposure to predatory nematodes, assays including both “corpse assays” and “bite assays” on correctly identified mouth morph nematodes are possible. These assays provide a means to rapidly quantify predation success rates and provide a detailed behavioral analysis of individual nematodes engaged in predatory feeding activities. In addition, with the use of a high-speed camera, visualization of changes in pharyngeal activity including tooth and pumping dynamics are also possible.
Kendi küçük ama karmaşık sinir sistemleri ile Nematodlar davranış da dahil olmak üzere nörobiyoloji birçok açıdan anlamak için güçlü araçlar kanıtlamıştır. Bu araştırmaların çoğu model organizma farklı davranışlar bir zenginlik başarıyla disseke ve analiz edildiği Caenorhabditis elegans odaklanmıştır. Bu thermotactic 5,6 ve magnetotactic 7 etkileyen, 8,9 çiftleşme 10, öğrenme ve beslenme 11 davranışları, 4 kemotaktik, 3 mechanosensory içerir. Bununla birlikte, diğer daha uzak ilgili nematod türleri rhabditid C'de gözlenmez davranışlar sergileyen elegans veya alternatif evrimleri ve düzenlenmesi ile ilgili ilgili soruları yanıtlayan karmaşıklık, ek düzeyleri göstermektedir. Bu tür bir örneği çok daha karmaşık besleme olarak gösterir uzaktan ilişkili diplogastrid nematod Pristionchus pacificus, gözlenebilirhaviors ve C gözlenenden daha ritimler İki tür homolog faringeal nöronlar 12 paylaşımı rağmen elegans 1. budur. Bu ek besleme davranışları, P. ile aynı zamana rastlayan onlar da diğer nematod larvaları beslenerek kendi bakteriyel diyet ilave edebilen hırslı yırtıcı, olduğu gibi pacificus de, genişletilmiş diyet aralığını görüntüler. Neyse ki, S. pacificus karşılaştırmalı ve bütünleştirici evrimsel biyoloji için bir model olarak geliştirilmiştir ve bu nedenle birçok moleküler ve genetik araçlar artık mevcuttur. Bunlar tamamen sıralı ve açıklamalı genomu 13, transgenlerin 14 ve CRISPR / Cas9 15,16 yanı sıra yeni keşfedilen kardeş türler de dahil olmak üzere 25 yılı aşkın yakından ilişkili türler ile detaylı ve iyi açıklamalı phylogeny 17 de dahil olmak üzere moleküler ve genetik araçları içerir. Buna ek olarak, çok sayıda Pristionchus türlerinin ekolojisi P. dahil pacificus bizizBirçok türün tanımlanmış ll şimdi bok böcekleri ile Necromenic ilişki, sık sık diğer nematod türlerinin 18 ile paylaşmak bir dizi paylaşımı tarif edilmiştir. P. pacificus Bu nedenle yeni davranışların evrimi ve ekolojik önemini incelemek için mükemmel bir model sistemi sağlar.
Böyle P. olarak nematod türlerinin yırtıcı beslenme davranışlarını analiz etmek için pacificus biz kolay gözlem ve yırtıcı eylemler ölçümü için birkaç yeni davranış testleri geliştirmiştir. P. olarak pacificus kuvvetle doğru morfotiple belirlenmesi esastır 1,2 olduğunu, yırtıcı davranışını etkileyen dimorphic ağız yapısı, görüntüler. dar ağızlı stenostomatous morph tek künt dorsal diş içerir ve yırtıcı besleme meşgul etmez. Alternatif olarak, geniş ağızlı eurystomatous morph çok daha büyük bir pençe şeklindeki sırt diş ve karşıt bir ek içerirBirlikte verimli avlarını manikür açmak için faaliyet alt ventral diş. Olmayan yırtıcı stenostomatous forma yırtıcı eurystomatous oranı P. içinde de Pristionchus türler arasında değişir ve pacificus Ancak eurystomatous ağız yüzdesi P. Morph % 90 2 – pacificus yabani tip suşu (PS312), genellikle 70. Ayrıca, ağız formu oranları (hem bilinen açlık ve hem de bilinmeyen faktörler olarak sinyalizasyon bazı küçük molekül dahil) çevresel etkileri farklı yırtıcı eurystomatous ağız formu, böylece doğru tanımlanması ve izolasyonu bağlı olarak değişebilir yapabilirsiniz başarılı yırtıcı deneyleri için esastır.
yırtıcı ağız formunun tanımı yanında biz doğrudan gözlem ve ısırma öldürme ve olaylar beslenme dahil olmak üzere yırtıcı davranışların ölçümü için bir "ısırık tahlil" geliştirdik. Burada av nematodlar filtre ile izole edilirYeni hasret kültürlerin ing ve yırtıcı yetişkin P. maruz Bir kısa bir süre içinde bir arada görülmektedir pacificus. Buna ek olarak, aynı zamanda yırtıcı olaylar dolaylı gözlem yoluyla saldırgan davranış hızlı tarama sağlamak için yüksek bir verim "Ölü tahlili" geliştirdik. Bu avlanma taranması için bir araç olarak larva cesetlerin bulunması yararlanır. Her iki testte de gözlemleyerek ve P. olarak nematod türlerinin yırtıcı davranışı ölçmek için kolay ve son derece tekrarlanabilir yöntemler sağlar pacificus.
Nematodlar C ile nörobiyolojisine ve davranışını anlamak için güçlü bir sistem sağlamak elegans şimdiye kadar birincil araç olma. P. de dahil olmak üzere çok sayıda tüm nematod türleri bulunmadığına veya model organizma C den karmaşıklığı değişir pacificus ekran davranışları, elegans ve bu nedenle bu davranışların evrimi ve düzenlenmesi ile ilgili ilginç sorular ortaya koyuyor. P. de dahil olmak üzere diğer birçok nematod türlerinin bulunan bir tür ek davranış pacificus yırtıcı beslenme 1, 20 girerek kendi bakteriyel diyet ek kapasitesidir. Bu nedenle gelişmiş ve nematod bu önceden unanalyzed yırtıcı davranışların kolay ve hızlı karakterizasyonu için ayrıntılı bir protokol tanımlanmıştır.
Öncelikle, biz nematod ağız içinde aparatı besleme varyasyonları için ekran yöntemler sağlamıştır. Doğru ağız Çeşidi tanımlanması önemli bir ilk sSadece eurystomatous hayvanlar yırtıcı besleme yeteneğine sahip en az Pristionchus tür dahilinde, başarılı predasyon deneyleri için TEP. Çok daha az invaziv ağız bu yöntemi olarak protokolde 1.2 açıklanan "hızlı ağız fenotiplendirme" protokolü ile morphs tanımlamak için en iyi ve nedenle yırtıcı davranışlar tedirgin olabilir daha az olasıdır. Ancak, ilk agar pedleri anestezi hayvanlar (protokol 1.1) ile tanımlanması farklı ağız yapıları ile aşina olmak için tavsiye edilir.
İstenilen ağız morph tespiti takiben, yırtıcı besleme miktarının belirlenmesi için iki deneyleri tarif var. Bunlar (protokol 2) "lokma deneyi" ile değil daha derinlemesine davranış analizi tüketen hızlı, yüksek verimlilik "ceset tahlil" (protokol 3) ve bir kez daha vardır. Bu protokollerin iki experimen bağlı tahlilleri optimize etmek için birçok değişiklik sağlayan çok esnektirtal gereksinimleri. P ile ısırık tahlilleri için C üzerinde pacificus yırtıcı elegans av 10 dakikalık bir zaman penceresi için bir yırtıcı davranış etkileşimlerin gözlemler diğer besleme olaylar ile birlikte sokması önemli bir miktarını ölçmek için yeterliydi. Yine P kullanan "ceset tahlilleri" için C üzerinde pacificus yırtıcı elegans av 2 st için 5 yırtıcı hızlı bir davranış analizi için izin kolayca ölçülebilir ve tutarlı cenaze numaraları üretti. Bununla birlikte, farklı hızlarda yırtıcı nematod hareket farklı türler dikkat edilmelidir, farklı oranlarda yemek ve genel olarak diğer davranışları 1 büyük bir çeşitlilik gösterir. Ayrıca, farklı av türleri de benzer nedenlerle farklı oranlarda yemiş olabilir. Nedenle çevre koşullarında herhangi bir fark için de predatör ve av hem test nematod türlerinin dayalı tahlilleri optimize etmek için tavsiye edilir ve. hem "lokma" ve "corps sırasındao stresli veya yaralı yırtıcı verimli öldürmek olmayacak gibi av ve yırtıcı hem sağlıklı olduğu kritik e "tahliller. Buna ek olarak, taze tahlil plakaları olumsuz hatalı giden nematod sağlık etkiler kurumuş olabilir eski plakalar olarak önemlidir tahlilleri. Aynı zamanda pek çok C gözlenen davranışları elegans 21, 22 araştırmak için başarılmıştır olarak bu yırtıcı testlerinin gelecek tekrarlamalar analizi çok otomatikleştirmek için teknolojideki son gelişmeler yararlanmak mümkün olacaktır umulmaktadır. şu anda onlar yırtıcı beslenmesini iptal olasılığı mikroakışkan odaları izolasyon ve immobilizasyon yapma, çok daha hassas temas göründükleri gibi sorunlar örneğin P. pacificus olarak nematod ortaya çıkması muhtemeldir. Bu da zor olabilir ancak tek tek nematod kolaylaştıracak Üstesinden ustaca yırtıcı için taranmalıdır için davranışları.
Son olarak, biz de fo yöntemler sağlamıştırr yüksek hızlı kamera (protokol 4) kullanılarak diş ve farenks pompalama kinetik niceleme yırtıcı ve bakteriyel besleme modları arasında karşılaştırmalar kolaylaştırmak nematod besleme aparatı kendisi incelenmesi. C. yutak pompalama oranları ölçümü elegans C, ancak, uzun yıllar 23 için besleme izlemek için kullanılmıştır elegans ağız denticle herhangi bir biçimde yoksun ve aynı zamanda yırtıcı davranışlar yoksundur. diş aktivitesinin pompalama farenks kantifikasyonunu birleştirerek sayesinde, avlanma özgü dişlerin herhangi innervasyon da görülebilir. Nedeniyle hayvanlar sık sık odak düzlemi dışına diş hareketini gözlemek için gerekli büyütme, böylece kısa sürede pencereler için diş gözlemlemek genellikle mümkündür. Buna ek olarak, C. farklı elegans, P. yutak pacificus sürekli ziyade pompalama ve beslenme büyü yürütmektedir, pompa değildir. Bu nedenle, doğru bir faringeal pum içinbeslerken ping oranları sürekli besleme 15 saniye kaydedilmesi önemlidir, tespit edilecek.
Burada yer alan Bu yöntemler, bu nedenle nematod sistemlerinde yırtıcı davranışları araştırmak için birinci çerçeve sağlar. Ayrıca, bunlar da mikroorganizmalar, mantar ve mitler de dahil avlanma ile ilgili ek ekolojik ilgili organizmaların etkisine de dahil olmak üzere, nematod ekosistemde diğer etkileşimleri araştıran kullanılmak için uyarlanabilen olabilir . Böylece onlar da kendi ekolojik önemi olan bu yırtıcı davranışlar, düzenlenir nasıl evrimleşmiş olabilir nasıl ve incelemek için bir araç sağlar.
The authors have nothing to disclose.
We thank Dr. Daniel Bumbarger for the predation behavior picture. This work was funded by the Max-Planck Society.
Nylon net filters (20 um) | Merck Millipore Ltd | NY2004700 | Used to filter worms just leaving larvae for use as prey. |
PP Funnel for filter (54mm) | Duran | 292215003 | Used to filter worms just leaving larvae for use as prey. |
Small petri dish (35/10 mm) | Greiner Bio-One | 627102 | For imaging on High speed camera |
Zeiss SteREO Discovery V12 | For mouth form identificaton | ||
Axio-Imager A1 | For mouth form identificaton | ||
Glass Slides | Roth | H869 | |
Cover Slips | Roth | 657 | |
Motion Scope M3 Highspeed camera | IDT | High speed camera | |
Video zoom 44 ENG 1/2" 0.5x to 2.4x | Zeis | 452984-0000-000 | High speed camera zoom |
Nematode Growth Medium (NGM) ingredients: | |||
Agar | Roth | 5210.2 | CAS-Nr. 9002-18-0 |
Sodium chloride (NaCl) | Roth | 3957 | CAS-Nr. 7647-14-5 |
Bacto Tryptone | BD | 211699 | Lot 4316614 |
Calcium chloride dihydrate (CaCl2) | Sigma-Aldrich | C3306 | CAS-Nr. 10035-04-8 |
Cholesterol from lanolin | Sigma-Aldrich | F 26732 00050 | CAS-Nr. 57-88-5 |
Magnesium sulfate heptahydrate (MgSO4) | Merck | 1,058,861,000 | CAS-Nr. 10034-99-8 |
Potassium dihydrogen phosphate (KH2PO4) | ACROS organics | 271080025 | CAS-Nr. 7778-77-0 |
6 cm petri dish | Greiner Bio-One | 628102 | |
3.5 cm petri dish | Greiner Bio-One | 627102 | |
M9 ingredients: | |||
Potassium dihydrogen phosphate (KH2PO4) | ACROS organics | 271080025 | CAS-Nr. 7778-77-0 |
Sodium hydrogen phosphate heptahydrate (NaHPO4) | Sigma-Aldrich | S9390-500G-D | CAS-Nr. 7782-85-6 |
Sodium chloride (NaCl) | Roth | 3957 | CAS-Nr. 7647-14-5 |