Verwenden von Einzel Sensillum Aufnahme auf Riech Neuron Antworten von Bed Bugs zu Semiochemicals Detect

Summary

Bed bugs rely on olfactory receptor neurons housed in their antennal olfactory sensilla to detect semiochemicals in the environment. Utilizing single sensillum recording, we demonstrate a method to evaluate bed bug response to semiochemicals and explore the coding process involved.

Abstract

Das Insekt olfaktorische System spielt eine wichtige Rolle bei der Erkennung Semiochemicals in der Umwelt. Insbesondere die anten Sensillen, die einzelne oder mehrere Neuronen im Inneren zu beherbergen, werden als die großen Beitrag bei der Reaktion auf die chemische Reize machen. Durch die direkte Aufnahme Aktionspotential in der Riech Sensillum nach der Exposition auf Reize, bietet Einzel Sensillum Aufnahme (SSR) Technik einen leistungsfähigen Ansatz zur Untersuchung der neuronalen Antworten von Insekten auf chemische Reize. Für das Bett Bug, der ein notorischer menschliche Parasit ist, haben mehrere Arten von Geruchs Sensillum charakterisiert. In dieser Studie haben wir gezeigt, neuronale Reaktionen der Bettwanze olfaktorischen Sensillen auf zwei chemische Reize und die Dosis-abhängige Reaktion auf einen von ihnen mit dem SSR-Methode. Dieser Ansatz ermöglicht es Forschern, Früherkennung für einzelne chemische Reize auf der Bettwanze olfaktorischen Sensillen, die wertvolle Informationen für die Entwick bieten würde durchführenwicklung neuer Bettwanze Lockmittel oder Repellents und Nutzen die Bettwanze Kontrolle Anstrengungen.

Introduction

Der gemeinsame Bettwanze Cimex lectularius L (Hemiptera: Cimicidae), als eine vorübergehende Ektoparasiten, ist eine verpflichtet blutsaugende Insekten, was bedeutet, ihr Überleben, Entwicklung und Reproduktion erfordern Blutquellen von Hosts, einschließlich Menschen und Tiere ^1,2. Obwohl Virusübertragung selten aufgrund von C. gemeldet lectularius, ernsthaft beeinträchtigt die beißende Belästigung durch einen Befall generierte Hosts physisch und psychisch ^3. Die Einführung und weit verbreiteten Einsatz von chemischen Insektiziden, insbesondere DDT, verringert das Risiko eines Befalls und bis zum Ende der 1950er Jahre Befall waren auf einem so niedrigen Niveau, das sie nicht mehr eine ernste Besorgnis der Öffentlichkeit. Eine Reihe von Faktoren haben dazu geführt, weltweit im Bett Bug Bevölkerung Wiederaufleben, wie die reduzierte Verwendung von Insektiziden, ein Rückgang des öffentlichen Bewusstseins, erhöhte Fahrtätigkeit und der Entwicklung einer Resistenz gegen Insektizide ^9.4. </ p>

Chemische Signale in der Umwelt werden erkannt und durch Insekten durch Geruchsorgane wie Antennen und Kiefer Palpen anerkannt. Die olfaktorischen Sensillen auf den Insektenfühler spielen eine entscheidende Rolle bei der Aufdeckung dieser chemischen Signale. Die chemische Moleküle geben Sie die Antennen Kutikula durch Poren an der Nagelhaut Oberfläche. Geruchsstoff bindenden Proteinen im Antennallobus Lymphe binden an diesen chemischen Molekülen und transportieren sie auf die Geruchsrezeptoren ^10. Die Geruchsrezeptoren und ihre Co-Rezeptor aus der nicht-selektiven Kationenkanal auf der neuronalen Membran, die einst diesen chemischen Molekülen depolarisiert werden, sind durch die Geruchsrezeptoren ¹¹ erfasst.

Einzel Sensillum Aufzeichnungs (SSR) wurde entwickelt, um die extrazelluläre Änderung des Aktionspotentials durch die Anwendung entweder durch chemische oder nicht-chemische Reize verursacht werden. Durch Einfügen eines Aufzeichnungselektrode in Sensillum Lymphe und einer Referenzelektrode,in einem anderen Teil des Insektenkörpers (in der Regel entweder die Verbindung Augen oder der Bauch) kann die Feuerrate der Neuronen in Abhängigkeit von Stimulus aufgezeichnet ^12. Veränderungen in der Anzahl von Spitzen darstellen, die Empfindlichkeit des Insekts auf bestimmte Reize. Chemische Reize verschiedener Identität und Konzentration werden verschiedene neuronale Antworten hervorrufen, mit verschiedenen Feuerungsraten und zeitlichen Strukturen, und können so verwendet werden, um die Codierung des Insekts, um bestimmte Chemikalien zu untersuchen.

Für die gemeinsame Bettwanze, teilen beide Geschlechtsformen das gleiche Muster von olfaktorischen Sensillen auf den Antennen: neun genuteten Zapfen C Sensillen, 29 Haar-ähnliche E (E1 und E2) Sensillen, und jeder von D & alpha;, D & beta;, d & ggr; glatte Zapfen ein Paar Sensillen ^13,14. Als mehrere Neuronen in jeder Art von Sensillum identifiziert wurde, ist es nicht leicht, die Aktionspotentiale aus verschiedenen Neuronen der gleichen Sensillum gebracht zu unterscheiden, so dass für dieses Experiment die total Zahlen von Aktionspotentialen wurden off-line für einen 500 ms Zeit vor und nach der Stimulation gezählt. Die Anzahl der Aktionspotentiale nach Stimulation wurde dann aus der Anzahl von Aktionspotentialen vor der Stimulation subtrahiert und mit zwei multipliziert, um die Änderungen in der Befeuerungsrate in jedem einzelnen Sensillum in Spikes pro Sekunde ¹⁵ zu quantifizieren.

Protocol

1. Herstellung des Instruments, Stimuli Solutions, und Bed Bugs Vorbereitung einer 50% KNO 2 -Lösung (w / v) in einer 20 ml Flasche. Schärfen zwei Wolfram-Mikroelektroden in KNO 2 -Lösung bei 5 V durch wiederholtes Eintauchen der Wolframelektroden in und aus der Lösung. Etwa Schärfen der Wolframdraht durch Eintauchen von etwa 10 mm des Wolframdrahts in die und aus der KNO & sub2; -Lösung mit einer Geschwindigkeit von 2 Dips / s für etwa 5 min, die…

Representative Results

Einzel Sensillum Aufnahme ist eine leistungsfähige Untersuchungsverfahren in Studien von Insekten chemische Ökologie und neuronalen Physiologie verwendet. Die Untersuchung der neuronalen Antworten von Insekten, verschiedene flüchtige Verbindungen, insbesondere diejenigen gedacht, ökologisch Zusammenhang mit dem Überleben und die Entwicklung der Insekten zu sein, gibt uns nicht nur wertvolle Einblicke in die Insekten olfaction Prozess, sondern eröffnet auch vielversprechende neue We…

Discussion

Die Einzel Sensillum Aufnahmetechnik wurde umfassend in die Prüfung der neuronalen Antworten der Insekten wie Fruchtfliegen, Mücken und Wanzen auf verschiedene chemische Reize in der Umgebung verwendet werden. Diese chemische Reize sind oft gelöst und in einem gemeinsamen Lösungsmittel, um unterschiedliche Dosen von Behandlungen vorzubereiten verdünnt. Allerdings können verschiedene Lösungsmittel ganz andere Freisetzungsraten für die Reize zu erzeugen. Frühere Studien bei einigen umfangreich untersucht Insekten…

Materials

Tungsten wire	A-M SYSTEMS	#716500	Used for preparing the electrode
KNO2	Sigma	#310484	Used for sharpening the tungsten wire
AC Power Supply	BK Precision	1653A	Providing the voltage in sharpening the tungsten wire
Leica Z6 APO Microscope	Leica	10447424	Used for observing the sensilla on antennae
Simulus controller	Syntech	CS-55	Used for controlling the stimulus application
4-Channel USB Acquisition Controller	Syntech	IDAC-4	Real-time on screen display of all signals before and during recording
Light Source	SCHOTT	A20500	Providing light sources for observation
Micromanupulator	Leica	115378	Used for minor movement of electrode
Speaker	Juster	95a	Connected with Acquisition Controller IDAC-4 and providing sound for the signal
Magnetic stand	Narishige	GJ-1	Used to hold the reference electrode, stablized bed bug and stimulus delivery tube
TMC Vibration Isolation Table	TMC	63-500	Used for isolating the vibration from the equipments
Coverslip	Tedpella	2225-1	Used for holding the bed bug
Double-sided Tape	3M	XT6110	Used for stablizing the bed bug on the coverclip
Dental Wax	Dentakit	DK-R012	Used for supporting the coverclip where bed bug is stablized