Böcek antennal Lob Gaz Kromatografisi-Multi-ünite Recordings (GCMR) kullanarak Olfaktör Uçuculuk tanımlanması
Summary
Olfaktör ipuçları böcekler birçok farklı davranışlar arabuluculuk, bileşikler ve uçucu yüzlerce onlarca oluşan genellikle kompleks karışımlarıdır. Böcek anten lob çok kanallı bir kayıt ile gaz kromatografisi kullanarak, biyolojik olarak aktif bileşiklerin belirlenmesi için bir yöntem açıklanmaktadır.
Abstract
Tüm organizmalar çevreleriyle kendi davranışsal ve fizyolojik yanıtı belirlemek uyarıcılardır dolu bir dünya yaşamaktadır. Koklama yanıt, ve aralarında, karmaşık koku uyaranlara ayrımcılık onların koku sistemleri kullanmak böcekler, özellikle önemlidir. Bu kokular gibi üreme ve yaşam alanı seçimi 1-3 gibi süreçlerin aracılık davranışları ortaya çıkarmak. Ayrıca, tozlanma 4-6, gıda bitkileri 7 otyeme, ve hastalık 8,9 iletim dahil olmak üzere, tarım ve insan sağlığı açısından son derece önemli olan böcekler aracılık davranışları ile kimyasal algılama. Koku sinyalleri ve böcek davranışları rollerinin tanımlanması ekolojik süreçleri ve insan gıda kaynakları ve refahı hem de anlamak için bu nedenle önemlidir.
Bugüne kadar, böcek davranış sürücü Uçucu maddelerin tanımlanması zor ve yorucu sık sık olmuştur. Güncel tekniklergaz kromatografisi-çiftli electroantennogram kayıt (GC-EAG), ve gaz tek sensillum kayıtları (GC-SSR) 10-12 kromatografisi-birleştiğinde. Bu teknikler, biyoaktif bileşiklerin saptanmasında önemli olduğu kanıtlanmıştır. 13,14; Biz anten lobdaki nöronların (böcek birincil koku merkezi AL) gelen çok kanallı elektrofizyolojik kayıtlar ('GCMR' olarak adlandırılır) bağlanmıştır gaz kromatografi kullanan bir yöntem geliştirdik. Bu state-of-the-art tekniği bize koku bilgilerin böcek beyinde nasıl temsil edildiğini soruşturma için izin verir. Olfaktör işleme bu düzeyde kokulara sinir tepkiler AL nöronlarca anten reseptör nöronları yakınsama derecesi duyarlı nedeniyle çünkü Ayrıca, AL kayıtları doğal kokuları verimli ve yüksek hassasiyet ile aktif bileşenlerin tespiti sağlayacaktır. Burada GCMR açıklamak ve onun kullanımıyla ilgili bir örnek vermek.
Birkaç genel adımlar invol vardırBiyolojik olarak aktif böcek ve uçucular tepki tespit fraksiyonel. Uçucu ilk faiz kaynaklardan toplanan (bu örnekte biz cinsinin Mimulus (Phyrmaceae) çiçek kullanın) ve standart GC-MS teknikleri 14-16 kullanılarak gerektiğinde karakterize gerekir. Böcekler bir kayıt elektrot sinir kayıt başlar anten lob ve multi-kanal içine yerleştirilir, bunun ardından, en az diseksiyon kullanılarak çalışma için hazırlanmıştır. Nöral verilerin post-processing ardından özellikle koku böcek sinir sistemi tarafından ciddi nöral yanıtların neden olduğu görülmektedir.
Burada mevcut örnek, tozlaşma çalışmalar için belirli olsa da, GCMR çalışma organizmalar ve uçucu kaynaklardan geniş bir şekilde genişletilebilir. Örneğin, bu yöntem, koku maddesi vektör böcek ve bitki haşere kovucu çekme ya da tanımlanmasında kullanılabilir. Ayrıca, aynı zamanda, GCMR po olarak yararlı böceklere için cezbedici belirlemek için kullanılabilirllinators. Tekniği yanı olmayan böcek konulara genişletilebilir.
Protocol
Representative Results
Discussion
Böcek koku-aracılı davranışları üreme, ana-yer seçimi ve uygun gıda kaynaklarının belirlenmesi dahil olmak üzere birçok farklı süreçler, sürücü. Bu süreçlerin çalışma kaynak yanı sıra, davranışları aracılık eden, bu bileşiklerin teşhis etme yeteneği yayılan uçucu maddeler belirlemek için yeteneğini gerektirir. Konularda karmaşık kokular birlikte, tek tek bileşenlerin 6,7,13,19,20 farklı algılanan bir tek koku oluşturmak tek tek bileşiklerin yüz on oluşmaktadır o…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Bu çalışma NSF hibe IOS 1121692 tarafından ve Washington'un Araştırma Vakfı Üniversitesi tarafından desteklenmiştir.
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 |
References
- Hildebrand, J. G., Shepherd, G. M. Mechanisms of olfactory: converging evidence for common principles across phyla. Annual Review of Neuroscience. 20, 595-631 (1997).
- Reisenman, C. E., Riffell, J. A., Bernays, E. A., Hildebrand, J. G. Antagonistic effects of floral scent in an insect-plant interaction. Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences. 277, 2371-2379 (2010).
- Reisenman, C. E., Riffell, J. A., Hildebrand, J. G. . International Symposium on Olfaction and Taste. 1170, 462-467 (2009).
- Alarcón, R. Congruence between visitation and pollen-transport networks in a California plant-pollinator community. Oikos. 119, 35-44 (2010).
- Alarcón, R., Waser, N. M., Ollerton, J. Year-to-year variation in the topology of a plant-pollinator interaction network. Oikos. 117, 1796-1807 (2008).
- Riffell, J., et al. Behavioral consequences of innate preferences and olfactory learning in hawkmoth-flower interactions. P. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 105, 3404-3409 (2008).
- De Moraes, C. M., Lewis, W. J., Pare, P. W., Alborn, H. T., Tumlinson, J. H. Herbivore-infested plants selectively attract parasitoids. Nature. 393, 570 (1998).
- Carey, A. F., Wang, G., Su, C. -. Y., Zwiebel, L. J., Carlson, J. R. Odorant reception in the malaria mosquito Anopheles gambiae. Nature. 464, 66-71 (2010).
- Turner, S. L., et al. Ultra-prolonged activation of CO2-sensing neurons disorients mosquitoes. Nature. 474, 87-91 (2011).
- Pellegrino, M., Nakagawa, T., Vosshall, L. B. Single sensillum recordings in the insects Drosophila melanogaster and Anopheles gambiae. J Vis Exp. (36), e1725 (2010).
- Syed, Z., Leal, W. S. Electrophysiological measurements from a moth olfactory system. J. Vis. Exp. (49), e2489 (2011).
- Roelofs, W. L., Comeau, A., Hill, A., Milicevic, G. Sex attractant of the codling moth: characterization with electroantennogram technique. Science. 174, 297-299 (1971).
- Riffell, J. A., Lei, H., Christensen, T. A., Hildebrand, J. G. Characterization and coding of behaviorally significant odor mixtures. Current Biology. 19, 335-340 .
- Riffell, J. A., Lei, H., Hildebrand, J. G. Neural correlates of behavior in the moth Manduca sexta in response to complex odors. Proceedings of the National Academy of Sciences of the U.S.A. 106, 19219-19226 (2009).
- Raguso, R. A., Pellmyr, O. Dynamic headspace analysis of floral volatiles: a comparison of methods. Oikos. 81, 238-254 (1998).
- Rodriguez-Saona, C. R. Herbivore-induced blueberry volatiles and intra-plant signaling. J Vis Exp. , e3440 (2011).
- Nguyen, D. P., et al. Micro-drive array for chronic in vivo recording: tetrode assembly. J Vis Exp. , e1098 (2009).
- Schjetnan, A. G. P., Luczak, A. Recording large-scale neuronal ensembles with silicon probes in the anesthetized rat. J Vis Exp. , e3282 (2011).
- Deisig, N., Giurfa, M., Lachnit, H., Sandoz, J. -. C. Neural representation of olfactory mixtures in the honeybee antennal lobe. European Journal of Neuroscience. 24, 1161-1174 (2006).
- Stökl, J., et al. A deceptive pollination system targeting drosophilids through olfactory mimicry of yeast. Current Biology. 20, 1846-1852 (2010).
- Schneider, D. Elektrophysiologische untersuchungen von chemo- und mechanorezeptoren der antenne des seidenspinners Bombyx mori L. Journal of Comparative Physiology A: Neuroethology, Sensory, Neural, and Behavioral Physiology. 40, 8-41 (1957).
- Arn, H., Städler, E., Rauscher, S. The electroantennographic detector: a selective and senstitive tool in the gas chromatographic analysis of insect pheromones. Zeitschrift für Naturforschung. 30c, 722-725 (1975).
- Schneider, D., Boeckh, J. Rezeptorpotential und nervenimpulse einzelner olfaktorischer sensillen der insektenantenne. Journal of Comparative Physiology A: Neuroethology, Sensory, Neural, and Behavioral Physiology. 45, 405-412 (1962).
- Blight, M. M., Pickett, J. A., Wadhams, L. J., Woodcock, C. M. Antennal perception of oilseed rape Brassica napus (Brassicaceae) volatiles by the cabbage seed weevil Ceutorhynchus assimilis (Coleoptera, Curculionidae). Journal of Chemical Ecology. 21, 1649-1664 (1995).
- Lin, D. Y., Shea, S. D., Katz, L. C. Representation of natural stimuli in the rodent main olfactory bulb. Neuron. 50, 937-949 (2006).
- Lei, H., Reisenman, C. E., Wilson, C. H., Gabbur, P., Hildebrand, J. G. Spiking patterns and their functional implications in the antennal lobe of the tobacco hornworm Manduca sexta. PLoS ONE. 6, e23382 (2011).
- Syed, Z., Leal, W. S. Acute olfactory response of Culex mosquitoes to a human- and bird-derived attractant. Proceedings of the National Academy of Sciences. 106, 18803-18808 (2009).
