Özet

הקלטת אלקטרו מ<em> דרוזופילה</em> Labellar טעם Sensilla

Published: February 26, 2014
doi:

Özet

פרוטוקול זה מתאר הקלטה תאית מתגובות פוטנציאל הפעולה שנורו על ידי נוירונים טעם labellar בדרוזופילה.

Abstract

תגובת הטעם ההיקפית של חרקים יכולה להיחקר בעוצמה עם טכניקות אלקטרו. השיטה המתוארת כאן מאפשרת לחוקר כדי למדוד את תגובות התעוררו אצלם באופן ישיר וכמותית, המשקף את הקלט החושי שמערכת העצבים של החרקים מקבלת מגירויי טעם בסביבתו. פרוטוקול זה מתאר את כל השלבים העיקריים בביצוע טכניקה זו. השלבים הקריטיים בהרכבת מתקן אלקטרופיזיולוגיה, כגון מבחר של ציוד דרוש וסביבה מתאימה להקלטה, מסומנים. אנו גם מתארים כיצד להתכונן להקלטה על ידי ביצוע אלקטרודות התייחסות והקלטה מתאימות, ופתרונות tastant. אנו מתארים בפירוט את השיטה המשמשת להכנת החרקים על ידי החדרת אלקטרודה התייחסות זכוכית לתוך הזבוב על מנת לשתק את חוטם. אנחנו מראים עקבות של הדחפים החשמליים שנורו על ידי נוירונים טעם בתגובה לסוכר ומתחם מרים. היבטים של הפרוטוקול הם לאechnically מאתגר וכוללים תיאור נרחב של כמה אתגרים משותפים טכניים שעשויים להיות נתקלו, כגון חוסר אות או רעש מוגזם במערכת, ופתרונות אפשריים. הטכניקה יש מגבלות, כגון חוסר היכולת לספק גירויי temporally מורכבים, להתבונן ברקע הירי מייד לפני גירוי משלוח, או להשתמש בתרכובות טעם לא מסיסים במים בנוחות. למרות מגבלות אלה, בטכניקה זו (כולל שינויים קלים בהפניה בפרוטוקול) היא תקן, הליך מקובל באופן רחב להקלטת תגובות עצביות דרוזופילה לטעום תרכובות.

Introduction

חוש הטעם מאפשר חרקים כדי לזהות מגוון רחב של כימיקלים מסיסים וממלא תפקיד חשוב בקבלה של חומר מזין, או הדחייה של אחד מזיק או רעיל. טעם הוא חשב גם לשחק תפקיד בבחירת בן זוג, באמצעות זיהוי של פרומונים 1-5. תפקידים חשובים ומגוונים אלה הפכו את מערכת טעם החרקים יעד משכנע של חקירה כיצד מערכות חושיות לתרגם אותות סביבתיים לתפוקות התנהגותי רלוונטיות.

היחידה העיקרית של מערכת טעם melanogaster דרוזופילה היא שיער הטעם, או Sensillum. מולקולות להיכנס Sensillum דרך נקבובית ב2,6 קצהו. Sensilla נמצא על labellum, הרגליים, מרווח הכנף, והלוע 6. על labellum, המספר והמיקום של sensilla הוא סטריאוטיפי. ישנם שלושה סוגים מורפולוגיים של sensilla מבוססים על אורך: הארוך (L), בינוני (אני), וקצר (S ) Sensilla 7,8. כל Sensillum מכיל או שניים (אני מסוג) או ארבעה (L-ו-S-type) נוירונים קולט התעורר אצלם (GRNs) 9. GRNs שונה מגיב לסוגים שונים של גירויי טעם: מריר, סוכר, מלח וosmolarity 7,10 ולהביע תת שונה של קולטנים התעוררו אצל 8,11-13. רק אני וsensilla S-הסוג להכיל GRNs המר מגיב 8,10. פרויקט GRNs לגנגליון subesophageal (SOG) וההפעלה שלהם על ידי מולקולות טעם מועבר למערכת העצבים המרכזית גבוהה יותר לפענוח, וכתוצאה מכך תגובה התנהגותית 6. המספר הקטן יחסית של תאי עצב ורמת המוכנות לניתוח מולקולרי והתנהגותיות להפוך את המערכת לטעם דרוזופילה מודל מצוין לחקירה של מערכות התעוררו אצלם באופן כללי. קלות היחסית שבי המערכת ניתן להשפיע באמצעות מערכת ביטוי GAL4-כטב"מ מוטציה גנטית או משמשת גם ככלי רב ערך 14,15.

ontent "> בגלל sensilla אלה בולטים מפני שטח של labellum, הם עושים מטרות מעולים לאלקטרופיזיולוגיה. ירי GRNs ניתן לנטר באמצעות הקלטה תאית. מבחינה היסטורית, שיטת ההקלטה בצד הקיר, אשר משתמשת באלקטרודת זכוכית מוכנסת לתוך Sensillum להקליט פעילות עצבית, 26 כבר בשימוש. עם זאת, שיטה זו היא מאתגרת מבחינה טכנית לביצוע, וקשה להקליט במשך זמן רב מהכנה. שיטת טיפ ההקלטה, המודדת את התגובה של נוירונים עם אלקטרודה ש בו זמנית מספק tastant, הפכה מאז את שיטת הבחירה 9,16. זה נוצל כדי לחקור את מערכת הטעם של melanogaster דרוזופילה 8,10,17,18 כמו גם מספר מיני חרקים האחרים 19-23. יש לו כבר הקל באופן משמעותי על ידי הפיתוח של מגבר tastePROBE, שהתגבר על אחד החסרונות העיקריים של שיטת טיפ ההקלטה ידי פיצוי עבורההבדל הגדול בין פוטנציאל אלקטרודה ההשוואתית וSensillum החרקים, המאפשר לפוטנציאל פעולת GRN שיירשם בלי הגברה או סינון 24 מוגזמות. התפתחות חשובה נוספת הייתה השימוש בציטרט tricholine כאלקטרוליט הקלטת 25. TCC מדכא תגובות מGRN osmolarity רגיש ולא לעורר את GRN מלח רגיש, מה שהופך את תגובות שנוצרו על ידי tastants המר וסוכר הרבה יותר קל לנתח 25.

כאן אנו מתארים כיצד הקלטת קצה sensilla labellar דרוזופילה מתבצעת כיום במעבדה קרלסון. פרוטוקול זה יסביר כיצד להקים מתקן מתאים אלקטרופיזיולוגיה, כיצד להכין את הזבוב, וכיצד לבצע הקלטות טעם. אנו מציגים גם כמה נתונים נציג מתקבלים על ידי הקלטה מתת קבוצות של sensilla דרוזופילה, כמו גם כמה מבעיות נפוצות ופתרונות אפשריים שעשויים להיות נתקלו בעת שימוש זהטכניקה.

Protocol

הפרוטוקול הבא עומד בכל הנחיות טיפול בבעלי החיים של אוניברסיטת ייל. 1. חומרים כימיים וציוד הכנה התקנת ציוד הקלטה (איור 1 א). <li fo:keep-together.within-page="always" sty…

Representative Results

איור 5 א מציג את התגובה של Sensillum L לסוכר, סוכרוז. אותו Sensillum אינו מגיב למתחם המר, berberine. איור 5 מראה כי Sensillum סוג I, אשר מכיל תאי עצב מגיב מרים, מציג קוצים גדולים המשרעת בתגובה לberberine, וקוצי משרעת קטנים יותר בתגובה לסוכרוז. L sensilla להציג תגובת רקע מינימאלית לש…

Discussion

sensilla Labellar להשתנות בקלות ההקלטה, בשל הבדלים במורפולוגיה וארגון אנטומיים. לפעמים Sensillum אינו מגיב לכל tastants, אפילו אחד, כי ידוע כדי לעורר תגובה חיובית. התדירות שבה זה קורה משתנה בהתאם לסוג Sensillum. sensilla L הם הכי מגיב באופן עקבי וקלים יחסית לגשת בשל אורכם. באופן כללי, sensilla S מגי?…

Açıklamalar

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

עבודה זו נתמכה על ידי 1F31DC012985 NRSA predoctoral מענק (לRD) ועל ידי מענקי NIH כדי JC

ברצוננו להודות לד"ר Linnea וייס על הערות מועילות על כתב היד, ד"ר יוסף ריאן לדמויות לעזרה באיסוף, וד"ר פרדריק מריון-סקר לייעוץ טכני מועיל. אנחנו רוצים גם להכיר בהערות מועילות של ארבע ביקורות.

Materials

Stereo Zoom Microscope Olympus  SZX12 DFPLFL1.6x PF eyepieces: WHN10x-H/22 capable of ~150x magnification with long working distance table mount stand
Anti-vibration Table Kinetic Systems BenchMate2210
Micromanipulators Narishige NMN-21
Magnetic stands ENCO Model #625-0930
Reference Electrode Holder Harvard Apparatus ESP/W-F10N Can be mounted on 5ml serological pipette for extended range
 Silver Wire World Precision Instruments AGW1510 0.3-0.5mm diameter
Retort Stand generic
Outlet Plastic Tube generic, 1cm diameter
Flexible Plastic Tubing Nalgene  8000-0060 VI grade 1/4 in internal diameter 
500 ml Conical Flask generic,  with side arm
Aquarium Pump Aquatic Gardens Airpump 2000
Fiber Optic Light Source Dolan-Jenner Industries Fiber-Lite 2100
White Card/Paper Whatman 1001-110
Digital Acquisition System Syntech IDAC-4 Alternative: National Instruments NI-6251  
Headstage Syntech DTP-1 Tasteprobe
Tasteprobe Amplifier Syntech DTP-1 Tasteprobe
Alligator Clips Grainger 1XWN7 Any brand is fine
Insulated Electrical Wire Generic
Gold Connector Pins World Precision Instruments 5482
Personal Computer Dell  Vostro Check for compatibility with digital acquisition system and software
Acquisition Software Syntech Autospike Autospike works with IDAC-4; alternatively, use Labview with NI-6251
Aluminum Foil and/or Faraday Cage Electro-magnetic noise shielding
Borosilicate Glass Capillaries World Precision Instruments 1B100F-4
Pipette Puller Sutter Instrument Company Model P-87 Flaming/Brown Micropipette Puller
Beadle and Ephrussi Ringer Solution See recipe in protocol section
Tricholine citrate, 65%  Sigma T0252-100G
Stereo Microscope Olympus VMZ 1x-4x Capable of 10x-40x magnification
Ice Bucket Generic
p200 Pipette Tips Generic
Spinal Needle Terumo SN*2590
1ml Syringe Beckton-Dickenson 301025
Fly Aspirator Assembled from P1000 pipette tips, flexible plastic tubing, and mesh
Modeling Clay Generic
Forceps Fine Science Tools By Dumont 11252-00 #5SF (super-fine tips)
10ml Syringe  Beckton-Dickinson 301029
Plastic Tubing Tygon R-3603

Referanslar

  1. Glendinning, J. I., Jerud, A., Reinherz, A. T. The hungry caterpillar: an analysis of how carbohydrates stimulate feeding in Manduca sexta. The Journal of experimental biology. 210, 3054-3067 (2007).
  2. Yarmolinsky, D. A., Zuker, C. S., Ryba, N. J. Common sense about taste: from mammals to insects. Cell. 139, 234-244 (2009).
  3. Thistle, R., Cameron, P., Ghorayshi, A., Dennison, L., Scott, K. Contact chemoreceptors mediate male-male repulsion and male-female attraction during Drosophila courtship. Cell. 149, 1140-1151 (2012).
  4. Toda, H., Zhao, X., Dickson, B. J. The Drosophila female aphrodisiac pheromone activates ppk23(+) sensory neurons to elicit male courtship behavior. Cell reports. 1, 599-607 (2012).
  5. Lu, B., LaMora, A., Sun, Y., Welsh, M. J., Ben-Shahar, Y. ppk23-Dependent chemosensory functions contribute to courtship behavior in Drosophila melanogaster. PLoS Genet. 8, e1002587 (2012).
  6. Stocker, R. F. The organization of the chemosensory system in Drosophila melanogaster: a review. Cell and tissue research. 275, 3-26 (1994).
  7. Hiroi, M., Marion-Poll, F., Tanimura, T. Differentiated response to sugars among labellar chemosensilla in Drosophila. Zoological Science. 19, 1009-1018 (2002).
  8. Weiss, L. A., Dahanukar, A., Kwon, J. Y., Banerjee, D., Carlson, J. R. The Molecular and Cellular Basis of Bitter Taste in Drosophila. Neuron. 69, 258-272 (2011).
  9. Falk, R., Bleiser-Avivi, N., Atidia, J. Labellar taste organs of Drosophila melanogaster. Journal of Morphology. 150, 327-341 (1976).
  10. Hiroi, M., Meunier, N., Marion-Poll, F., Tanimura, T. Two antagonistic gustatory receptor neurons responding to sweet-salty and bitter taste in Drosophila. Journal of neurobiology. 61, 333-342 (2004).
  11. Clyne, P. J., Warr, C. G., Carlson, J. R. Candidate taste receptors in Drosophila. Science (New York, N.Y.). 287, 1830-1834 (2000).
  12. Cameron, P., Hiroi, M., Ngai, J., Scott, K. The molecular basis for water taste in Drosophila. Nature. 465, 91-95 (2010).
  13. Croset, V., et al. Ancient protostome origin of chemosensory ionotropic glutamate receptors and the evolution of insect taste and olfaction. PLoS Genet. 6, e1001064 (2010).
  14. Brand, A. H., Perrimon, N. Targeted gene expression as a means of altering cell fates and generating dominant phenotypes. Development (Cambridge, England). 118, 401-415 (1993).
  15. Parks, A. L., et al. Systematic generation of high-resolution deletion coverage of the Drosophila melanogaster genome. Nature genetics. 36, 288-292 (2004).
  16. Hodgson, E. S., Lettvin, J. Y., Roeder, K. D. Physiology of a primary chemoreceptor unit. Science (New York, N.Y.). 122, 417-418 (1955).
  17. Dahanukar, A., Lei, Y. T., Kwon, J. Y., Carlson, J. R. Two Gr genes underlie sugar reception in Drosophila. Neuron. 56, 503-516 (2007).
  18. Lee, Y., Kim, S. H., Montell, C. Avoiding DEET through insect gustatory receptors. Neuron. 67, 555-561 (2010).
  19. Descoins, C., Marion-Poll, F. Electrophysiological responses of gustatory sensilla of Mamestra brassicae (Lepidoptera, Noctuidae) larvae to three ecdysteroids: ecdysone, 20-hydroxyecdysone and ponasterone. A. J Insect Physiol. 45, 871-876 (1999).
  20. Glendinning, J. I., Davis, A., Ramaswamy, S. Contribution of different taste cells and signaling pathways to the discrimination of “bitter” taste stimuli by an insect. The Journal of neuroscience : the official journal of the Society for Neuroscience. 22, 7281-7287 (2002).
  21. Sanford, J. L., Shields, V. D., Dickens, J. C. Gustatory receptor neuron responds to DEET and other insect repellents in the yellow-fever mosquito, Aedes aegypti. Die Naturwissenschaften. 100, 269-273 (2013).
  22. Merivee, E., Must, A., Milius, M., Luik, A. Electrophysiological identification of the sugar cell in antennal taste sensilla of the predatory ground beetle Pterostichus aethiops. J Insect Physiol. 53, 377-384 (2007).
  23. Popescu, A., et al. Function and central projections of gustatory receptor neurons on the antenna of the noctuid moth Spodoptera littoralis. Journal of comparative physiology. A, Neuroethology. 199, 403-416 (2013).
  24. Marion-Poll, F., Der Pers, J. V. a. n. Un-filtered recordings from insect taste sensilla. Entomologia Experimentalis et Applicata. 80, 113-115 (1996).
  25. Wieczorek, H., Wolff, G. The labellar sugar receptor of Drosophila. J. Comp. Physiol. A. Neuroethol Sens. Neural Behav. Physiol. 164, 825-834 (1989).
  26. Morita, H. Initiation of spike potentials in contact chemosensory hairs of insects. III. D.C. stimulation and generator potential of labellar chemoreceptor of calliphora. Journal of cellular and comparative physiology. 54, 189-204 (1959).
  27. Lacaille, F., et al. An inhibitory sex pheromone tastes bitter for Drosophila males. PLoS One. 2, e661 (2007).
  28. Benton, R., Dahanukar, A. Electrophysiological recording from Drosophila taste sensilla. Cold Spring Harbor protocols. 2011, 839-850 (2011).
  29. Pellegrino, M., Nakagawa, T., Vosshall, L. B. Single sensillum recordings in the insects Drosophila melanogaster and Anopheles gambiae. J. Vis. Exp. , e1725 (2010).
  30. Axon Instruments. . The Axon Guide for Electrophysiology & Biophysics Laboratory Techniques. , (1993).
  31. Fujishiro, N., Kijima, H., Morita, H. Impulse frequency and action potential amplitude in labellar chemosensory neurones of Drosophila melanogaster. Journal of insect physiology. 30, 317-325 (1984).
  32. Marion-Poll, F., Tobin, T. R. Software filter for detecting spikes superimposed on a fluctuating baseline. Journal of neuroscience. 37, 1-6 (1991).
  33. Meunier, N., Marion-Poll, F., Lansky, P., Rospars, J. P. Estimation of the individual firing frequencies of two neurons recorded with a single electrode. Chem Senses. 28, 671-679 (2003).
  34. Meunier, N., Marion-Poll, F., Rospars, J. P., Tanimura, T. Peripheral coding of bitter taste in Drosophila. Journal of neurobiology. 56, 139-152 (2003).

Play Video

Bu Makaleden Alıntı Yapın
Delventhal, R., Kiely, A., Carlson, J. R. Electrophysiological Recording From Drosophila Labellar Taste Sensilla. J. Vis. Exp. (84), e51355, doi:10.3791/51355 (2014).

View Video