Conditions affectant espace social<em> Drosophila melanogaster</em
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
Le dosage de l'espace social décrit ici peut être utilisé pour quantifier les interactions sociales de Drosophila melanogaste r – ou d'autres petits insectes – d'une manière directe. Comme nous l'avons démontré précédemment 1, dans une chambre à deux dimensions, nous forçons premier vol pour former un groupe serré, permettant ensuite à prendre leur distance préférée de l'autre. Après les mouches se sont installés, nous mesurons la distance au plus proche voisin (ou l'espace social), le traitement d'une image statique avec le logiciel gratuit en ligne (ImageJ). L'analyse de la distance du plus proche voisin permet aux chercheurs de déterminer les effets des facteurs génétiques et environnementaux sur l'interaction sociale, tout en contrôlant les facteurs de confusion potentiels. Divers facteurs tels que la capacité d'escalade, moment de la journée, le sexe, et le nombre de mouches, peuvent modifier l'espacement sociale de mouches. Nous proposons donc une série de contrôles expérimentaux pour atténuer ces effets confondants. Ce test peutêtre utilisé pour au moins deux raisons. Tout d'abord, les chercheurs peuvent déterminer comment leur virage environnemental préférée (comme l'isolement, de la température, de stress ou de toxines) aura une incidence sur l'espacement sociale 1,2. Deuxièmement, les chercheurs peuvent disséquer les fondements génétiques et neuronales de cette forme de base du comportement social 1,3. Plus précisément, nous avons utilisé comme un outil de diagnostic pour étudier le rôle des gènes orthologues pensé pour être impliqués dans le comportement social dans d'autres organismes, tels que les gènes candidats pour l'autisme chez les humains 4.
Introduction
Les interactions sociales sont essentielles pour le bon développement et la santé des individus au sein d'un groupe dans son ensemble, et peuvent être observées dans de nombreuses espèces, des humains (Homo sapiens) à des organismes plus simples comme les mouches de fruits (Drosophila melanogaster) 5,6. Une mouche à fruit individu ou des moyens communs d'actions humaine pour traiter les informations sensorielles au cours de ces interactions, que ce soit: auditif, visuel, olfactif, tactile, ou la gustation. Nous émettons l'hypothèse que d'autres et il ya un neurocircuitry potentiellement partagée qui sous-tend les réactions comportementales aux interactions sociales et que les cellules neuronales et les gènes impliqués pourraient être évolutif conservées 7. Une fois l'interaction initiale a eu lieu, l'espace social entre les individus en interaction va soit augmenter (d'évitement sociale 8) ou une diminution (formation de groupe / agrégation 5). Interactions plus complexes, comme l'agression ou la cour, peuvent alors avoir lieu.
<p class = "jove_content"> Ni outils et des méthodes sophistiquées, ni de gros investissements en temps et de formation sont nécessaires pour quantifier cette simple forme de comportement social, ce qui en fait un outil d'analyse puissant. Ici, nous expliquons un protocole simple qui quantifie distance inter-mouche, ou l'espace social, pour évaluer l'interaction sociale en groupes stables de Drosophila melanogaster, tel qu'il est utilisé dans les études 1-4,9 suivantes. L'espace social se réfère à une mesure de la distance entre la mouche et son plus proche voisin 10. L'espace social est conforme pour une population donnée de D. melanogaster lorsque les conditions expérimentales sont conservées (en moyenne environ dans 1-2 longueurs corps), et varie par rapport à l'expérience sociale de vol, ce qui augmente si l'individu a été maintenu en isolement 1. Une bonne vision est nécessaire pour maintenir la distance sociale normale, mais pas odorants classiques ou CVA perception 1. Mesure de l'espace social peut donc êtreutilisé comme un outil de diagnostic pour analyser les interactions sociales et de quantifier le comportement social dans D. melanogaster 1. Nous décrivons ici en détail comment effectuer cette quantification, et dans quelle mesure les variables expérimentales communes affecte ce comportement.Nous montrons que l'orientation de la chambre dans laquelle le dosage est effectué, ainsi que le nombre de mouches – dans une certaine mesure – faire affecte l'espace social. Il a déjà été démontré que la géométrie de la chambre affecte mouvement exploratoire spontanée de mouches 11,12, et ce phénomène pourrait finalement avoir un impact là où ils décident de s'installer. Cependant, tant que la densité de mouche (mouche / cm 2) et l'orientation de la chambre est maintenue même, l'espace social de vol reste également constante. La robustesse de ce test est illustré par le fait que des laboratoires indépendants en utilisant différentes tailles de chambre, de la forme et l'orientation peut reproduire le résultat affiché par les mutants de la whgène ite (affectant la pigmentation des yeux), qui est un espace social de hausse (triangle vertical ou horizontal dans le cercle 1, carré horizontal air de circuler dans 3).
Nos résultats indiquent également que le maintien de l'heure à laquelle l'expérience de l'espace social est effectuée est essentielle à la cohérence des résultats, comme nous le montrons que les hommes, mais non chez les femmes, sont plus éloignées dans les soirées. Cependant, les différences observées entre jour et de soir heures ne sont pas dues à l'activité différences de vol, et nous discutons arguments indiquant que les niveaux d'activité ne sont pas corrélés avec l'espace social.
Enfin, il ya des fondements génétiques à la détermination de l'espace social, comme indiqué par le mutant blanc déjà décrite 1,3, et les différences entre les diverses souches consanguines et sauvages pêchés de mouches que nous présentons ici.
Par conséquent, cet essai constitue un excellent outil fou d'étudier les effets de la génétique ainsi que les facteurs environnementaux.
Protocol
Representative Results
Discussion
Dans ce protocole, une procédure détaillée pour la quantification de l'espace social a été décrit. Certaines étapes cruciales pour assurer l'expérience est réussie sont: 1) utilisez toujours des gants lors du nettoyage et mise en place de l'appareil, de garder vos propres huiles et parfums au large de la chambre intérieure de l'appareil, 2) assurer mouches sont prélevés au moins un jour avant l'expérience afin de réduire les effets potentiels de l'anesthésie froid, 3) 2 h avant l&#…
Divulgations
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 |
References
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- Parrish, J. K., Edelstein-Keshet, L. Complexity, pattern, and evolutionary trade-offs in animal aggregation. Science. 284, 99-101 (1999).
- Sokolowski, M. B. Social interactions in ‘‘simple’’ model systems. Neuron. 65, 780-794 (2010).
- Rittschof, C. C., Robinson, G. E. Genomics: moving behavioural ecology beyond the phenotypic gambit. Animal Behaviour. 92, 263-270 (2014).
- Fernandez, R. W., et al. Straightforward assay for quantification of social avoidance in Drosophila melanogaster. JoVE. (94), e52011 (2014).
- Hahn, N., et al. Monogenic heritable autism gene neuroligin impacts Drosophila. social behaviour. Behav Brain Res. 252, 450-457 (2013).
- 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).
- Liu, L., Davis, R. L., Roman, G. Exploratory activity in Drosophila requires the kurtz nonvisual arrestin. Génétique. 175, 1197-1212 (2007).
- Soibam, B., et al. Open-field arena boundary is a primary object of exploration for Drosophila. Brain Behav. 2, 97-108 (2012).
- Ejima, A., Griffith, L. C. Ch. 30. Drosophila Neurobiology – A laboratory Manual., Ch. , 475-481 (2010).
- Benzer, S. Behavioral mutants of Drosophila melanogaster. isolated by countercurrent distribution. PNAS. 58, 1112-1119 (1967).
- Connolly, J. B., Tully, T., Roberts, D. B. Drosophila: A practical approach. 1, 265-317 (1998).
- Simon, A. F., Shih, C., Mack, A., Benzer, S. Steroid control of longevity in Drosophila melanogaster. Science. 299, 1407-1410 (2003).
- Rasband, W. S. . ImageJ. , (1997).
- Simon, A. F., et al. Drosophila, vesicular monoamine transporter mutants can adapt to reduced or eliminated vesicular stores of dopamine and serotonin. Génétique. 181, 525-541 (2009).
- Barone, M. C., Bohmann, D. Assessing neurodegenerative phenotypes in Drosophila .dopaminergic neurons by climbing assays and whole brain immunostaining. JoVE. (74), e50339 (2013).
- Ali, Y. O., Escala, W., Ruan, K., Zhai, R. G. Assaying locomotor, learning, and memory deficits in Drosophila. models of neurodegeneration. JoVE. , e2504 (2011).
- 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).
- 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).
- Khalil, S., Jacobson, E., Chambers, M. C., Lazzaro, B. P. Systemic bacterial infection and immune defense phenotypes in Drosophila melanogaster. JoVE. , (2015).
- Fernandez, R. W., Akinleye, A. A., Nurilov, M., Rouzyi, Z., Simon, A. F. . , (2013).
- 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).
- 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).
- Fujii, S., Krishnan, P., Hardin, P. E., Amrein, H. Nocturnal male sex drive in Drosophila. Curr Biol. 17, 244-251 (2007).
- Pellegrino, A. C., et al. Weather forecasting by insects: modified sexual behaviour in response to atmospheric pressure changes. PLoS One. 8, e75004 (2013).
