Summary

وهناك طريقة لاختبار تأثير الإشارات البيئية على سلوك التزاوج في<em> ذبابة الفاكهة ميلانوغاستر</em

Published: July 17, 2017
doi:

Summary

علينا أن نظهر فحص لتحليل الإشارات البيئية والجينية التي تؤثر على سلوك التزاوج في ذبابة الفاكهة ذبابة الفاكهة ميلانوغاستر .

Abstract

تتأثر القيادة الجنسية للفرد بالنمط الجيني والخبرة والظروف البيئية. كيف أن هذه العوامل تتفاعل لتعديل السلوكيات الجنسية لا يزال غير مفهومة. في ذبابة الفاكهة ذبابة الفاكهة ، الإشارات البيئية، مثل توافر الغذاء، تؤثر على نشاط التزاوج تقديم نظام قابل للسحب للتحقيق في آليات تحوير السلوك الجنسي. في D. ميلانوغاستر ، غالبا ما تكون الإشارات البيئية مستشعر عن طريق النظم الذقنية الحسية و الشم. هنا، نقدم طريقة لاختبار تأثير الإشارات الكيميائية البيئية على سلوك التزاوج. يتكون الفحص من الساحة التزاوج الصغيرة التي تحتوي على المتوسطة الغذاء وزوجين التزاوج. يتم رصد تردد التزاوج لكل زوجين باستمرار لمدة 24 ساعة. هنا نقدم تطبيق هذا الاختبار لاختبار المركبات البيئية من مصدر خارجي من خلال نظام الهواء المضغوط وكذلك التلاعب في المكونات البيئية مباشرة في ساحة التزاوج. شسي من نظام الهواء المضغوط مفيد بشكل خاص لاختبار تأثير المركبات المتطايرة جدا، في حين أن التلاعب المكونات مباشرة في الساحة التزاوج يمكن أن تكون ذات قيمة للتأكد من وجود المركب. ويمكن تكييف هذا الفحص للرد على أسئلة حول تأثير الإشارات الوراثية والبيئية على السلوك التزاوج والخصوبة وكذلك السلوكيات الإنجابية الأخرى للذكور والإناث.

Introduction

وعادة ما يكون للسلوك التناسلي تكاليف عالية للطاقة، وخاصة بالنسبة للإناث، الذين ينتجون أشجار أكبر من الذكور، ويجب عليهم أن يختاروا بعناية ظروف تربية ذريتهم النامية. بسبب تكلفة الطاقة، فإنه ليس من المستغرب أن الإنجاب يرتبط الظروف التغذوية. وهذا صحيح في معظم، إن لم يكن كلها، والحيوانات بما فيها الثدييات، التي يمكن أن تتأخر بسبب سوء التغذية، والتي يمكن أن تتأثر سلبا الغذائية تقييد 1 الدافع الجنسي البلوغ.

ويتأثر استنساخ الكائن الحي النموذجي ذبابة الفاكهة ميلانوغاستر أيضا بالظروف التغذوية. محكمة الذكور على مستوى أعلى في وجود المواد الغذائية المتطايرة 2 ، والإناث أكثر تقبلا جنسيا في وجود الخميرة، والمغذيات الرئيسية لإنتاج البيض والبقاء على قيد الحياة بقاء 3 ، 4 ، 5 . هذهتوفر الاستجابة التنموية للإنجاب للأغذية الفرصة لدراسة الآليات التي تربط توافر الأغذية البيئية بالتكاثر الجنسي في كائن حي وراثيا قابل للوقت وفعال. في الواقع، العمل في D. ميلانوغاستر تورط مسار الأنسولين كمنظم مهم من الصلة بين الغذاء والسلوك التزاوج 6 . وقد أظهرت أيضا أن فعل التزاوج نفسه يغير تفضيلات الطعام للإناث وكذلك الخلايا العصبية الحسية الكيميائية المرتبطة 7 ، 8 ، 9 .

ومن الواضح أن الإشارات الغذائية تؤثر على السلوكيات الإنجابية في D. ميلانوغاستر . ويبدو أن هذه التأثيرات تؤثر بشكل رئيسي على الإناث، وتحديدا أولئك الذين تزاوجوا بالفعل 5 . ومع ذلك، لاختبار هذه الآثار الحادة للظروف البيئية الفحص كلاسيكيا المستخدمة لسلوك التزاوج الإناث قدلا تكون مناسبة جدا بسبب انقطاعات طويلة بين حلقات التزاوج. في مقايسة ريميناتينغ الكلاسيكية، وهي أنثى البكر الأولى الاصحاب مع الذكور، وعزل على الفور وقدم مع ذكر جديد 24 إلى 48 ساعة في وقت لاحق. وقد استخدمت هذه المقايسة الكلاسيكية مع نجاح كبير لتحديد مكونات من الذكور القذف التي تعدل سلوك الأنثى والاستجابة الأنثوية 12 ، 13 ، 14 ، 15 ، 16 ، 17 ، 18 . وبالتالي فإن فحص التزاوج المستمر يظهر هنا، وبالتالي، إضافة إلى المقايسات التزاوج الكلاسيكية التي يمكن استخدامها لدراسة التأثير الحاد للظروف البيئية على السلوكيات الإنجابية.

باستخدام الفحص المستمر لسلوك التزاوج التي تم شرحها هنا، أظهرنا سابقا أن زوج من الذباب المعرضة للخميرة سوف ريمات sعلى مدى 24 ساعة من فترة المراقبة 5 ، 19 ، 20 ، 21 ، في حين أن الذباب غير المعرضة للأغذية سوف تكرر مرة واحدة فقط 5 . هذه النتيجة يمكن أن تكون محيرة في ضوء جزء كبير من الأدب D. ميلانوغاستر مشيرا إلى أن الإناث لا ريمات لعدة أيام بعد التزاوج الأولي (استعرض في المراجع 10 ، 11 ). ومع ذلك، يمكن تفسير هذا التباين بسهولة عن طريق ظروف الفحص، حيث يتم عزل الإناث لمدة تتراوح بين يوم واحد إلى عدة أيام قبل توفير فرصة التزاوج الجديدة. إذا كان الزوج لا يتزاوج في هذه الفترة المراقبة لمدة ساعة، وتتميز الأنثى بأنها ليست تقبلا. وعلاوة على ذلك، لا ينبغي أن يكون ارتفاع تزاوج التزاوج مفاجئا نظرا لأن البيانات من الذباب اشتعلت البرية تظهر أن الإناث تحتوي على الحيوانات المنوية من 4 إلى 6 ذكور في أجهزة التخزين الخاصة بهم؛ وبالتالي فيديكاتينغ أن الإناث بطبيعة الحال ريمات عدة مرات 22 ، 23 .

هنا، علينا أن نظهر استخدام هذا الفحص التزاوج المستمر لكشف كيفية جمع الذباب والجمع بين المعلومات حول الظروف البيئية لتعديل تردد التزاوج. يسمح هذا الفحص واحد لاختبار عدد كبير نسبيا من الأزواج التزاوج للدراسات الجينية واختبار تأثير الإشارات البيئية المتقلبة وغير المتطايرة. المقياس عادة ما يعمل لمدة 24 ساعة، ولكن يمكن أن تمتد إلى 48 ساعة، مما يسمح لاختبار الإشارات البيئية الدراجات مثل دورة ضوء الظلام (لد). علينا أن نظهر هذا الاختبار من خلال اختبار تأثير الإشارات المتطايرة من ثقافة الخميرة داخل نظام الهواء المضغوط في تركيبة مع توافر غير المتطايرة المغذيات الخميرة في الركيزة الغذاء.

نظام الهواء المضغوط باستمرار المضخات المتطايرة في ساحة التزاوج التي تحتوي علىالركيزة الغذائية و زوجين اختبار (الذي يتم رصد سلوك التزاوج). لتحديد مزيد من التفاصيل التي من خلالها الخميرة تؤثر على التزاوج، ونحن اختبار مجمع متقلبة كبيرة من الخميرة، وهي حمض الخليك 24 ، جنبا إلى جنب مع محتوى الأحماض الأمينية التي تتطابق مع الخميرة في الركيزة الغذاء، في شكل الببتون (الأمينية الأحماض المستمدة من الهضم الأنزيمي للبروتينات الحيوانية). وتظهر هذه التجارب معا كيف يمكن اختبار تأثير الإشارات البيئية على سلوك التزاوج من D. ميلانوغاستر مع هذا الفحص.

Protocol

1. مربع التزاوج التي تسيطر عليها بيئيا لضمان تسيطر عليها وسهلة التنظيف منطقة الاختبار، وإعداد المقاوم للصدأ المطبخ مجلس الوزراء من 120 سم × 64 سم × 85 سم كما هو موضح في الشكل 1A. <li style=";text-align…

Representative Results

باستخدام هذا الفحص المستمر، السلوك التزاوج، وتزاوج التزاوج في محددة، يمكن تحديدها في ظل الظروف البيئية التجريبية. للسيطرة على الظروف البيئية، قمنا بتحويل مجلس الوزراء المطبخ الفولاذ المقاوم للصدأ في منطقة الاختبار، مع مصدر الضوء الخاصة بها ونشره…

Discussion

يصف هذا البروتوكول فحص لاختبار السلوك التزاوج أكثر من 24 ساعة في حين تسيطر باستمرار على الإشارات البيئية التي يفترض أن زوجين التزاوج لاستخدامها لتحديد تردد التزاوج. فمن الممكن لزيادة تردد التزاوج ردا على الهواء الخميرة تسليمها من خلال نظام الهواء المضغوط عندما يحتو?…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

نشكر مركز الأسهم بلومينغتون ذبابة الفاكهة للأسهم ذبابة. C. غهر، جت ألكيما، و S. فان هاسلت لمحاولتهم المبكرة في تطوير مقايسة الهواء المضغوط؛ جاسبر بوسمان للحصول على المشورة بشأن زراعة الخميرة. و ريززا أزانشي وجويل ليفين لتطوير أصلا رصد الفاصل الزمني للسلوك التزاوج ذبابة الفاكهة . تم دعم جا غورتر من قبل مدرسة أبحاث علم الأعصاب بن / نو برنامج الدراسات العليا. وأيد هذا العمل جزئيا من قبل المنظمة الهولندية للبحث العلمي (نو) (المرجع: 821.02.020) إلى جس بيليتر.

Materials

Cabinet
Stainless steel kitchen cabinet Horecaworld 7412.0105
White LEDs Lucky Light ll-583wc2c-001 Cold white, 20 mAmp and 2 V
Red LEDs Lucky Ligt ll-583vc2c-v1-4da Wavelength between 625 nm, 20 mAmp and 6 V
Resistor Royal Ohm CFR0W4J0561A50 560 ohm, 0.25 W, 250 V and 5 % tolerance
Smartphone light meter app Patrick Giudicelli Light/Lux Meter FREE, version 1.1.1
Power timer Alecto TS-121
Metal brackets Sharp angle 5 by 5 mm,  2 x 5450 and 1 x 1100 mm long
Frosted glass plate 1190 x 545 x 5 mm
Filter paper sheets LEE filters 220 White frost
Small fan Nanoxia Deep silence 4260285292828 80 mm Ultra-Quiet PC Fan, 1200 RPM
Big fan Nanoxia Deep silence 4260285292910 120 mm Ultra-Quiet PC Fan, 650-1500 RPM
Webcam camera Logitech 950270 B910 HD WEBCAM OEM, Angle: 78-degree, resolution: 5-million-pixel  
Camera software DeskShare Security monitor pro
Name Company Catalog Number Comments
Fly rearing
Fly rearing bottles Flystuff 32-130 6oz Drosophila stock bottle
Flypad Flystuff 59-114
Wild-type flies Canton-S
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%
Peptone (bacto) BD 211677
Acetic Acid Merck 1000631000 Glacial, 100%
Small petridish Greiner bio-one 627102 35 x 10 mm with vents
Paraffin film Bemis NA Parafilm
Name Company Catalog Number Comments
Yeast and pressurised air set-up
Big petridish Gosselin BP140-01 140 x 20.6 mm
Ultrapure water Millipore corporation MiliQ
Yeast extract BD 212750
Agar (pure) BD 214530 bacto
Glucose (0(+)-glucose monohydrate)  Merck 18270000004
Open caps Schott 29 240 28  GL45
Silicone septum VWR 548-0662
Barbed bulkhead fittings Nalgene 6149-0002
Large PVC tubing diameter: outer 1.2 cm and inner 0.9 cm
Small PVC tubing diameters: outer 0.8 cm and inner 0.5 cm
15 ml tube Falcon
Aquarium pump Sera precision Sera air 110 plus, AC 220-240 V, 50/60 Hz, 3 W and pressure >100 mbar
Activated charcoal Superfish A8040400 Norit activated carbon
Disposible filter unit Whatman 10462100
Serological pipettes VWR 612-1600
Syringe BD Plastipak 300013
Hot glue Pattex
Syringe filter Whatman FP 30/pore size 0.45 mm CA-S
Name Company Catalog Number Comments
Analysis
Statistics software R lme4 package

References

  1. Hileman, S. M., Pierroz, D. D., Flier, J. S. Leptin nutrition, and reproduction: timing is everything. J. Clin. Endocrinol. Metab. 85 (2), 804-807 (2000).
  2. Grosjean, Y., et al. An olfactory receptor for food-derived odours promotes male courtship in Drosophila. Nature. 478 (7368), 236-240 (2011).
  3. Harshman, L. G., Hoffman, A. A., Prout, T. Environmental effects on remating in Drosophila melanogaster. Evolution. 42 (2), 312-321 (1988).
  4. Fricke, C., Bretman, A., Chapman, T. Female nutritional status determines the magnitude and sign of responses to a male ejaculate signal in Drosophila melanogaster. J. Evol. Biol. 23 (1), 157-165 (2010).
  5. Gorter, J. A., Jagadeesh, S., Gahr, C., Boonekamp, J. J., Levine, J. D., Billeter, J. -. C. The nutritional and hedonic value of food modulate sexual receptivity in Drosophila melanogaster females. Sci. Rep. , 1-10 (2016).
  6. Wigby, S., et al. Insulin signalling regulates remating in female Drosophila. Proc. Biol. Sci. 278 (1704), 424-431 (2011).
  7. Ribeiro, C. The dilemmas of the gourmet fly: the molecular and neuronal mechanisms of feeding and nutrient decision making in Drosophila. Front. Neurosci. 7, 1-13 (2013).
  8. Walker, S. J., Corrales-Carvajal, V. M., Ribeiro, C. Postmating circuitry modulates salt taste processing to increase reproductive output in Drosophila. Curr. Biol. 25 (20), 2621-2630 (2015).
  9. Hussain, A., Üçpunar, H. K., Zhang, M., Loschek, L. F., Grunwald Kadow, I. C. Neuropeptides modulate female chemosensory processing upon mating in Drosophila. PLoS Biol. 14 (5), e1002455-e1002428 (2016).
  10. Avila, F. W., Sirot, L. K., LaFlamme, B. A., Rubinstein, C. D., Wolfner, M. F. Insect seminal fluid proteins: identification and function. Annu. Rev. Entomol. 56 (1), 21-40 (2011).
  11. Laturney, M., Billeter, J. C. Neurogenetics of female reproductive behaviors in Drosophila melanogaster. BS:ADGEN. 85, 1-108 (2014).
  12. Liu, H., Kubli, E. Sex-peptide is the molecular basis of the sperm effect in Drosophila melanogaster. Proc. Natl. Acad. Sci. U S A. 100 (17), 9929-9933 (2003).
  13. Ram, K. R., Wolfner, M. F. Sustained post-mating response in Drosophila melanogaster requires multiple seminal fluid Proteins. PLoS gen. 3 (12), 2428-2438 (2007).
  14. Yapici, N., Kim, Y. -. J., Ribeiro, C., Dickson, B. J. A receptor that mediates the post-mating switch in Drosophila reproductive behaviour. Nature. 451 (7174), 33-37 (2008).
  15. Yang, C. -. H., et al. Control of the postmating behavioral switch in Drosophila females by internal sensory neurons. Neuron. 61 (4), 519-526 (2009).
  16. Häsemeyer, M., Yapici, N., Heberlein, U., Dickson, B. J. Sensory neurons in the Drosophila genital tract regulate female reproductive behavior. Neuron. 61 (4), 511-518 (2009).
  17. Rezával, C., Pavlou, H. J., Dornan, A. J., Chan, Y. -. B., Kravitz, E. A., Goodwin, S. F. Neural circuitry underlying Drosophila female postmating behavioral responses. Curr. Biol. , 1-11 (2012).
  18. Haussmann, I. U., Hemani, Y., Wijesekera, T., Dauwalder, B., Soller, M. Multiple pathways mediate the sex-peptide-regulated switch in female Drosophila reproductive behaviours. Proc. Biol. Sci. 280 (1771), 20131938-20131938 (2015).
  19. Krupp, J. J., et al. Social experience modifies pheromone expression and mating behavior in male Drosophila melanogaster. Curr. Biol. 18 (18), 1373-1383 (2008).
  20. Billeter, J. C., Jagadeesh, S., Stepek, N., Azanchi, R., Levine, J. D. Drosophila melanogaster females change mating behaviour and offspring production based on social context. Proc. Biol.l Sci. 279 (1737), 2417-2425 (2012).
  21. Krupp, J. J., Billeter, J. -. C., Wong, A., Choi, C., Nitabach, M. N., Levine, J. D. Pigment-dispersing factor modulates pheromone production in clock cells that influence mating in Drosophila. Neuron. 79 (1), 54-68 (2013).
  22. Imhof, M., Harr, B., Brem, G., Schlötterer, C. Multiple mating in wild Drosophila melanogaster revisited by microsatellite analysis. Mol. Ecol. , 915-917 (1998).
  23. Ochando, M. D., Reyes, A., Ayala, F. J. Multiple paternity in two natural populations (orchard and vineyard) of Drosophila. Proc. Natl. Acad. Sci. U S A. 93 (21), 11769-11773 (1996).
  24. Becher, P. G., et al. Yeast, not fruit volatiles mediate Drosophila melanogaster attraction, oviposition and development. Func. Ecol. 26 (4), 822-828 (2012).
  25. Montell, C. Drosophila visual transduction. Trends Neurosci. 35 (6), 356-363 (2012).
  26. Ejima, A., Griffith, L. C. Assay for courtship suppression in Drosophila. Cold Spring Harbor Prot. 2011 (2), 5575 (2011).
  27. Crickmore, M. A., Vosshall, L. B. Opposing Dopaminergic and GABAergic Neurons Control the Duration and Persistence of Copulation in Drosophila. Cell. 155 (4), 881-893 (2013).
  28. Bretman, A., Fricke, C., Chapman, T. Plastic responses of male Drosophila melanogaster to the level of sperm competition increase male reproductive fitness. Proc. Biol. Sci. 276 (1662), 1705-1711 (2009).
  29. Dukas, R., Jongsma, K. Costs to females and benefits to males from forced copulations in fruit flies. Anim. Behav. 84 (5), 1177-1182 (2012).
  30. Yorozu, S., et al. Distinct sensory representations of wind and near-field sound in the Drosophila brain. Nature. 457 (7235), 201-205 (2009).

Play Video

Cite This Article
Gorter, J. A., Billeter, J. A Method to Test the Effect of Environmental Cues on Mating Behavior in Drosophila melanogaster. J. Vis. Exp. (125), e55690, doi:10.3791/55690 (2017).

View Video