एक गणना विधि मक्खी Circadian गतिविधि यों तो
Summary
एक विधि मुख्य लौकिक मक्खी circadian हरकत लय में देखा सुविधाओं यों तो प्रस्तुत किया जाता है । ठहराव फिटिंग एक बहु पैरामीट्रिक मॉडल तरंग के साथ गतिविधि मक्खी द्वारा हासिल की है । मॉडल पैरामीटर आकार और दैनिक गतिविधि की सुबह और शाम चोटियों के आकार का वर्णन ।
Abstract
अधिकांश जानवरों और पौधों में, circadian घड़ियों व्यवहार और आणविक प्रक्रियाओं आर्केस्ट्रा और उन्हें दैनिक प्रकाश अंधेरे चक्र के लिए सिंक्रनाइज़ । बुनियादी तंत्र है कि इस लौकिक नियंत्रण आबाद व्यापक रूप से एक मॉडल जीव के रूप में फल मक्खी Drosophila melanogaster का उपयोग कर अध्ययन कर रहे हैं। मक्खियों में, घड़ी आम तौर पर multiday हरकत रिकॉर्डिंग का विश्लेषण करके अध्ययन किया है । इस तरह के एक रिकॉर्डिंग गतिविधि की दो चोटियों के साथ एक जटिल bimodal पैटर्न से पता चलता है: एक सुबह चोटी कि भोर के आसपास होता है, और एक शाम चोटी कि गोधूलि बेला के आसपास होता है । इन दो चोटियों एक साथ एक तरंग है कि sinusoidal दोलनों घड़ी जीन में मनाया से बहुत अलग है फार्म, घड़ी के अलावा में है कि तंत्र का सुझाव व्यवहार डेटा में मनाया पैटर्न के उत्पादन में गहरा प्रभाव है. यहां हम एक हाल ही में विकसित गणना पद्धति है कि गणितीय मक्खी गतिविधि में लौकिक पैटर्न का वर्णन का उपयोग पर निर्देश प्रदान करते हैं । विधि एक मॉडल तरंग के साथ गतिविधि डेटा फिट बैठता है कि चार घातीय शर्तों और नौ स्वतंत्र मापदंडों है कि पूरी तरह से आकार और गतिविधि के सुबह और शाम चोटियों के आकार का वर्णन के होते हैं । निकाले मानकों स्पष्ट की काइनेटिक तंत्र की मदद कर सकते हैं कि आबाद मक्खी हरकत लय में सामान्यतः मनाया bimodal गतिविधि पैटर्न.
Introduction
circadian घड़ी लगभग 24 घंटे की अवधि के साथ एक अंतर्जात जैव रासायनिक थरथरानवाला है और लगभग जानवरों और पौधों में सर्वव्यापी है1,2. घड़ी बाह्य प्रकाश अंधेरे चक्र के लिए एक जीव की आंतरिक प्रक्रियाओं और व्यवहार को सिंक्रनाइज़ करने में मदद करता है । circadian घड़ी की आनुवंशिक संरचना का व्यापक रूप से अध्ययन किया गया है 1960 के दशक के बाद से फल मक्खी का उपयोग, D. melanogaster. इस कीट में, circadian घड़ी के मुख्य चार प्रोटीन होते हैं: अवधि, कालातीत, घड़ी, और चक्र. ये कोर घटक अंय अणुओं के साथ एक राय पाश है कि घड़ी जीन3,4के लगभग sinusoidal दोलनों का उत्पादन फार्म । मक्खियों में circadian घड़ी व्यापक रूप से multiday हरकत रिकॉर्डिंग का उपयोग कर अध्ययन किया है जहां मक्खी गतिविधि एक एकल अवरक्त एक व्यक्ति ट्यूब के बीच पार बीम के साथ पता चला है5। एक ठेठ मक्खी रिकॉर्डिंग दो अच्छी तरह से भेद चोटियों के साथ एक जटिल bimodal पैटर्न है: सुबह चोटी (एम) है कि रात के अंत में शुरू होता है और एक अधिकतम है जब रोशनी पर बारी; और शाम चोटी (ई) है कि दिन के अंत में शुरू होता है और एक अधिकतम है जब रोशनी6बंद है । दिलचस्प है, इस तरह के व्यवहार रिकॉर्डिंग के आकार बहुत सरल sinusoidal दोलनों आणविक स्तर पर मनाया से अलग है, मनाया लौकिक पैटर्न के लिए योगदान अतिरिक्त तंत्र की कार्रवाई का सुझाव । बेहतर इन छिपा तंत्र को समझने के लिए, हम एक गणना उपकरण है कि लौकिक पैटर्न का एक मात्रात्मक विवरण प्रदान करता है विकसित किया है ।
हमारे काम में, हरकत लय गतिविधि पैटर्न मक्खी नकल करता है कि एक तरंग के मामले में परिभाषित कर रहे हैं । सरल साइन तरंगों के बाद से गतिविधि में मनाया लयबद्ध परिवर्तन मॉडल के लिए इस्तेमाल नहीं किया जा सकता है, हम सभी मुख्य रिकॉर्डिंग में देखा सुविधाओं कब्जा सरल एक का चयन करने के लिए विभिन्न संकेत आकृतियों का परीक्षण किया. फल मक्खी circadian व्यवहार घड़ी ंयूरॉंस की गतिविधि है कि अक्सर सक्रियण और निष्क्रियता के घातीय पैटर्न है द्वारा नियंत्रित है7। घातीय गतिशीलता और डेटा के दृश्य विश्लेषण के लिए हमें प्रेरित किया घातीय नौ स्वतंत्र मापदंडों के साथ चार नवोन्मेष के साथ मिलकर शब्दों और बारीकी से मक्खी गतिविधि पैटर्न8जैसी एक मॉडल बनाने के लिए । हरकत डेटा के अलावा, हम भी अपने बिजली स्पेक्ट्रम का विश्लेषण । ठेठ मक्खी गतिविधि स्पेक्ट्रम circadian अवधि टी0पर अपेक्षित मौलिक चोटी के अलावा,0/2, टी0/3, आदिकी harmonics पर कई चोटियों से पता चलता है । के अनुसार रूपान्तर प्रमेय, केवल एक शुद्ध साइन लहर पावर स्पेक्ट्रा में एक चोटी का उत्पादन, जबकि अधिक जटिल waveforms के प्राथमिक काल की harmonics पर कई वर्णक्रमीय चोटियों शो (चित्रा 1). इसलिए, मक्खी गतिविधि में गैर sinusoidal लौकिक पैटर्न को देखते हुए8, डेटा की एक बहु शिखर शक्ति स्पेक्ट्रम गणितीय उम्मीद है और यह जरूरी नहीं कि दोलन की कई अवधियों की उपस्थिति का संकेत है । महत्वपूर्ण बात, प्रस्तावित मॉडल तरंग के बिजली स्पेक्ट्रम भी प्राथमिक अवधि के सभी harmonics पर चोटियों से पता चलता है, मक्खी हरकत रिकॉर्डिंग के समान, इस प्रकार उच्च निष्ठा है जिसके साथ हमारे मॉडल का वर्णन समय में दोनों और आवृत्ति में मक्खी डेटा को रेखांकित किया.
कुछ मिनट या उससे कम समय के समाधानों पर, फ्लाई गतिविधि डेटा शोर दिखाई देता है, जिससे raw डेटा से सीधे पैरामीटर्स निकालने में कठिनाई होती है. अब समय अंतराल में डेटा को कम करने से नॉइज़ लेवल में कमी हो सकती है, लेकिन, डेटा को मॉडल पैरामीटर्स के आकलन को प्रभावित करने वाले तरीकों में बदल सकता है । हम इसलिए, मॉडल फ़ंक्शन8 का रूपान्तर ट्रांस्फ़ॉर्म से परिकलित अपेक्षित पावर स्पेक्ट्रा के लिए एक विश्लेषणात्मक व्यंजक का उपयोग करते हुए, रिकॉर्डिंग के पावर स्पेक्ट्रा से पैरामीटर प्राप्त करें (संदर्भ8के अतिरिक्त फ़ाइल 1 देखें) । पावर स्पेक्ट्रा से पैरामीटर प्राप्त करने का यह तरीका किसी भी अतिरिक्त जोड़तोड़ के बिना सटीक पैरामीटर मानों को पैदावार देता है, जैसे कि रॉ गतिविधि डेटा की बिन्नी या फ़िल्टरिंग । मॉडल और जंगली प्रकार के उत्परिवर्ती डेटा के लिए अनुप्रयोगों के गणितीय विवरण संदर्भ में वर्णित है8। यहाँ प्रस्तुत प्रोटोकॉल गणनात्मक टूल का उपयोग करने के लिए कदम-दर-कदम निर्देश पर केंद्रित है.
Protocol
1. मक्खी मापने गतिवान का उपयोग Drosophila गतिविधि मॉनीटर (बांध)
नोट: अधिक विवरण के लिए देखें संदर्भ 5 . दूसरे पर एक छोर और कपास पर भोजन के साथ व्यक्तिगत मक्खी ट्यूबों तैयार करते …
Representative Results
Discussion
यह काम एक गणना उपकरण है कि मक्खी गतिवान पैटर्न का एक मात्रात्मक विवरण प्रदान करता है का उपयोग करने के लिए निर्देश प्रस्तुत करता है । उपकरण एक गणितीय चार घातीय शब्दों है कि एक साथ आकार और एम और ई चोटियों क…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
हम वीडियो सामग्री के साथ मदद के लिए Stanislav Lazopulo के लिए आभारी हैं ।
Materials
| Drosophila Activity Monitor | TriKinetics | DAM2, DAM5 | Measures fly locootion using single infrared beam |
| MatLab | Mathworks | Computing environment and programming language, MatLab should include Optimization and Symbolic Math toolboxes | |
| Drosophila melanogaster | per[S], per[L], iso31(wild type) | Our analysis can be performed with fly mutants of any circadian period |
Riferimenti
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