昆虫の触角葉でガスクロマトグラフィー - マルチユニットレコーディング（GCMR）を使用して、嗅覚揮発性物質の同定
Summary
嗅覚は、昆虫の多くの異なった行動を媒介し、よく揮発性化合物の数十〜数百から構成される複雑な混合物である。昆虫の触角葉でマルチチャンネル録音でガスクロマトグラフィーを用いて、我々は、生物活性化合物の同定のための方法を説明します。
Abstract
すべての生物は、その環境への彼らの行動や生理的な応答を決定する感覚刺激に満ちた世界に生息しています。嗅覚はに反応し、間で、複雑な香りの刺激を区別するために彼らの嗅覚システムを使用して昆虫、特に重要である。これらの臭気はこのような再生や生息地の選択1月3日のようなプロセスを仲介する行動を誘発する。食用作物の受粉4-6、草食7、病気8,9の伝送を含む、農業と人間の健康のために非常に重要である昆虫を媒介行動によってさらに、化学センシング。嗅覚信号と昆虫行動における役割の同定は、生態学的なプロセスおよびヒューマン·食糧資源と幸福の両方を理解するためにこのように重要です。
現在までに、昆虫行動を駆動揮発性物質の同定は困難で、しばしば退屈であった。現在の技術には、ガスクロマトグラフィー結合electroantennogram記録（GC-EAG）、およびガスクロマトグラフィー-結合されたシングル感覚子の録音（GC-SSR）10-12。これらの技術は、生物活性化合物の同定に不可欠であることが判明した。 13,14、我々は、触角葉のニューロン（昆虫の主嗅覚中枢AL）からマルチチャンネルの電気生理学的記録（ 'GCMR "と呼ばれる）に結合し、ガスクロマトグラフィーを用いた方法を開発しました。この最先端の技術は、私たちは匂いの情報は昆虫脳の中でどのように表現されるかを調べることが可能になります。嗅覚処理のこのレベルの匂いに対する神経反応がALニューロンへのアンテナの受容ニューロンの収束の度合いに非常に敏感なせいであるので、さらに、ALの録音は自然な臭気の活性成分の検出を効率的かつ高感度にできるようになります。ここでは、GCMRを説明し、その使用例を与える。
いくつかの一般的な手順はinvolアール生理揮発性物質と昆虫応答の検出にVED。揮発性物質は、最初に興味のある情報源から収集します（この例では、我々は属Mimulus（Phyrmaceae）から花を使用）および標準のGC-MS技術を14-16を使用して、必要に応じて特徴づけする必要があります。昆虫は記録電極が神経録音が始まる触角葉およびマルチチャネルに挿入された後、最小限の切開を用いた研究のために準備されます。神経データの後処理はその後、特定の匂い物質は、昆虫の神経系で重要な神経反応を起こしているか明らかにする。
ここでお見せする例では、受粉の研究に固有のものですが、GCMRは試験生物と揮発性ソースの広い範囲に拡大することができます。たとえば、このメソッドは媒介昆虫と作物の害虫を集めたり反発臭気物質の識別に使用することができます。また、GCMRはまた、POと益虫に対して誘引を識別するために使用することができますllinators。技術は同様に非昆虫被験者に拡張される可能性があります。
Protocol
1。揮発性Follection この例では、Mから揮発性のサンプルを使用するlewisii花-カリフォルニア州に高山野草ネイティブ。揮発性物質をRiffell らに従って動的吸着法を用いて収集されます14。簡単に説明すると、このメソッドは花がテフロン袋に囲まれている閉ループ捕捉システムを採用しています。不活性の真空ポンプを使用して、花の周りの空気がPorap…
Representative Results
Mを使用GCMRアッセイでlewisiiフローラルの香りは、GCに抽出物の3μlを注入します。 GCを介して溶出する揮発性物質の総数は、一般的に60から70揮発性物質である。 Mの香りlewisiiは、主に 6 -炭素例えば、2 -ヘキサノールなどの揮発性物質、およびヘッドスペースの<1％を含むセスキテルから成る香りの残りの部分とは、β-ミルセン（非環式）およびα-<…
Discussion
昆虫嗅覚媒介行動は、再生、ホストサイトの選択、適切な食糧資源の識別を含む多くの異なるプロセスを駆動する。これらのプロセスの研究では、光源から出射された揮発性物質と同様に、行動を媒介されるそれらの化合物を同定するための能力を識別する能力を必要とします。ややこしいことは臭いが一緒に個々の成分6,7,13,19,20とは異なる知覚される独特の香りを作成し、個々の?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
この作品は、NSFの助成IOSの1121692で、ワシントンの研究財団の大学によってサポートされていました。
Materials
| Name of item | Company | Catalog Number | Comments |
| Porapak Type Q 80-100 mesh | Waters | WAT027060 | |
| Reynolds Oven Bags | Reynolds | ||
| GC | Agilent | 7820A | |
| GC column | J&W Scientific, Folsom, CA, USA | DB-5 (30 m, 0.25 mm, 0.25 μm) | |
| Analytical helium carrier gas | Praxair | HE K | 1 cc/min |
| 16-channel silicon electrode | Neuronexus Technologies | a4x4-3mm50-177 | |
| Fine wire NiCr, 0.012 mm diameter) | Sandvik Kanthal HP Reid | PX000004 | For making custom tetrodes and stereotrodes |
| Pre-amplifier | Tucker-Davis System | PZ-2 | |
| Amplifier | Tucker-Davis System | RZ-2 | |
| Data acquisition system – OpenEx suite | Tucker-Davis System | ||
| Online spike-sorting software – SpikePac | Tucker-Davis System | ||
| Offline spike-sorting software – Mclust Spike-sorting toolbox | David Redish, Department of Neuroscience, University of Minnesota | Free download at http://redishlab.neuroscience.umn.edu/MClust/MClust.html | MATLAB toolbox |
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Tags
IdentificationOlfactory VolatilesGas Chromatography-multi-unit RecordingsGCMRInsect Antennal LobeSensory StimuliBehavioral ResponsePhysiological ResponseOlfactionInsectsOdor StimuliReproductionHabitat SelectionChemical SensingAgricultureHuman HealthPollinationHerbivoryTransmission Of DiseaseEcological ProcessesHuman Food ResourcesVolatile Identification TechniquesGas Chromatography-coupled Electroantennogram Recording (GC-EAG)Gas Chromatography-coupled Single Sensillum Recordings (GC-SSR)Bioactive CompoundsMulti-channel Electrophysiological Recordings
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Byers, K. J. R. P., Sanders, E., Riffell, J. A. Identification of Olfactory Volatiles using Gas Chromatography-Multi-unit Recordings (GCMR) in the Insect Antennal Lobe. J. Vis. Exp. (72), e4381, doi:10.3791/4381 (2013).