תנאים המשפיעים על המרחב חברתי ב<em> תסיסנית 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
Assay המרחב החברתי שתואר כאן יכול לשמש כדי לכמת את האינטראקציות חברתיות של r תסיסנית melanogaste – או חרקים קטנים אחרים – בצורה ישירה. כפי שהוכחנו בעבר 1, בתא דו-ממדי, שהכח ראשון זבובים כדי ליצור קבוצה חזק, לאחר מכן מאפשר להם לקחת מרחק העדיף אחד מהשני. לאחר הזבובים התיישבו, אנו מודדים את המרחק לשכנה הקרובה ביותר (או המרחב חברתי), עיבוד תמונה סטטית עם תוכנה חופשית באינטרנט (ImageJ). הניתוח של המרחק לשכן הקרוב ביותר מאפשר לחוקרים לקבוע את ההשפעות של גורמים גנטיים וסביבתיים על אינטראקציה חברתית, תוך פיקוח על ערפלנים אפשריים. גורמים מגוונים כגון יכולת טיפוס, שעה ביום, מין, ומספר הזבובים, יכולים לשנות מרווח חברתי של זבובים. כך אנו מציעים סדרה של בקרות ניסיוניות כדי למתן תופעות בלבול אלה. assay זה יכוללשמש לפחות שתי מטרות. ראשית, חוקרים יכולים לקבוע כיצד המשמרת שלהם האהובה הסביבתית (כגון בידוד, טמפרטורה, מתח או רעלים) תשפיע מרווח חברתי 1,2. שנית, חוקרים יכולים לנתח את הבסיס הגנטי ועצבי של צורה בסיסית זו של התנהגות חברתית 1,3. באופן ספציפי, השתמשנו בו ככלי אבחון כדי ללמוד את התפקיד של גני orthologous חשבו להיות מעורבים בהתנהגות חברתית באורגניזמים אחרים, כגון גני מועמדים לאוטיזם בבני האדם 4.
Introduction
אינטראקציות חברתיות הן קריטיות להתפתחות התקינה והבריאות של יחידים בתוך קבוצה כולה, וניתן לצפות על פני מינים רבים, מבני האדם (הומו סאפיינס) לאורגניזמים פשוטים יותר כמו זבובי פירות (דרוזופילה melanogaster) 5,6. זבוב פירות או אמצעי נפוץ נתח אדם בודד לעבד מידע חושי במהלך אינטראקציות אלה, בין אם זה יהיה: שמיעה,, חוש הריח, מישוש, או gustation חזותיים. אנחנו ואחרים משערים כי יש neurocircuitry פוטנציאלי משותף שבבסיס תגובות התנהגותיות לאינטראקציות חברתיות וכי התאים עצביים והגנים מעורבים עשויים להיות האבולוציונית נשמרים 7. ברגע האינטראקציה הראשונית התרחשה, מרחב חברתי בין האנשים האינטראקציה תהיה גם עלייה (הימנעות חברתית 8) או ירידה (היווצרות קבוצה / צבירה 5). אינטראקציות מורכבות יותר, כמו תוקפנות או חיזור, אז יכולות להתרחש.
<p c= "Jove_content" ילדה> גם כלים מתוחכמים ושיטות, ולא השקעות גדולות בזמן והכשרה נדרשות לכמת צורה פשוטה זו של התנהגות חברתית, מה שהופך אותו לכלי אנליטי חזק. כאן, אנו מסבירים פרוטוקול פשוט שמכמת מרחק בין זבוב, או מרחב חברתי, להעריך אינטראקציה חברתית בקבוצות יציבה של דרוזופילה melanogaster, המשמש במחקרים 1-4,9 הבאים. מרחב חברתי מתייחס למדד של המרחק בין זבוב והשכן הקרוב ביותר שלה 10. המרחב חברתי הוא עקבי לאוכלוסיית נתונה של ד melanogaster כאשר תנאי ניסוי נשמרים (בממוצע כ בתוך 1-2 אורכי גוף), ומשתנים ביחס לחוויה החברתית של הזבובים, הגדלת אם היחיד נשמר בבידוד 1. חזון נכון יש צורך לשמור על מרחק חברתי נורמלי, אבל לא odorants הקלאסי או תפיסת CVA 1. מידה של מרחב חברתי יכולה להיות כךמשמש ככלי אבחון לניתוח אינטראקציות חברתיות ולכמת התנהגות חברתית בד melanogaster 1. אנו מתארים כאן בפרטים כיצד לבצע כימות זה, ובאיזו מידת משתנים ניסיוניים נפוצים משפיעים על התנהגות זו.אנו מראים כי הנטייה של החדר שבו assay מבוצע, כמו גם את מספר הזבובים – במידה – עושה משפיעה מרחב חברתי. זה היה הראה בעבר כי תא גיאומטריה משפיעה על תנועת גישוש ספונטנית של זבובים 11,12, ותופעה זו עשויה להשפיע בסופו של בו הם מחליטים להתיישב. עם זאת, כל עוד צפיפות הזבוב (זבוב / 2 סנטימטר) ותא הנטייה נשמר זהה, המרחב החברתי של הזבובים גם נשאר קבוע. החוסן של assay זה בא לידי ביטוי בעובדה שמעבדות עצמאיות באמצעות גדלים שונים קאמריים, צורה, וכיוון יכול לשכפל את התוצאה מוצגת על ידי מוטציות של "שגן ITE (המשפיע על פיגמנטציה עין), שהוא מרחב עלייה חברתי (משולש אנכי או אופקי במעגל 1, כיכר אופקית עם זרימת אוויר ב 3).
התוצאות שלנו גם מצביעות על כך שהשמירה על הזמן שבו ניסוי המרחב החברתי מתבצע היא חיונית לעקביות של התוצאות, כפי שאנו מראים כי גברים, אך לא נשים, הן עוד מלבד בערבים. עם זאת, ההבדלים בין ראו שעות היום והערב אינם בשל הבדלי פעילות של הזבובים, ואנחנו דנים טיעונים המעידים כי רמות הפעילות אינם מתואמים עם מרחב חברתי.
לבסוף, יש בסיס גנטי לקביעת המרחב החברתי, כפי שצוין על ידי המוטציה הלבנה כבר תאר 1,3, וההבדלים בין זנים טהורים ו- נתפס פראיים השונים של זבובים שאנו מציגים כאן.
לכן, assay זה עושה F כלי מצויןאו לומד את ההשפעות של גנטי, כמו גם גורמים סביבתיים.
Protocol
Representative Results
Discussion
בפרוטוקול זה, נוהל מפורט לכימות של המרחב החברתי שתואר. כמה צעדים חיוניים כדי להבטיח את הניסוי מוצלח הם: 1) תמיד להשתמש בכפפות בעת הניקוי והקמת המנגנון, כדי לשמור על שמנים משלך וריחות מהחדר הפנימי של המנגנון, 2) להבטיח זבובים נאספים לפחות יום אחד לפני הניסוי כדי לצמצם…
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).
