Utilizzando Sensillum singolo controllo per rilevare olfattiva Neuron Risposte di cimici a semiochimici
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
Il sistema olfattivo insetto svolge un ruolo importante nella rilevazione semiochimici nell'ambiente. In particolare, il sensilla antennale che ospitano neuroni singoli o multipli all'interno, sono considerati per rendere l'importante contributo nel rispondere agli stimoli chimici. Con la registrazione direttamente potenziale d'azione nel sensillum olfattiva dopo l'esposizione a stimoli, la registrazione singola sensillum (SSR) tecnica fornisce un approccio potente per studiare le risposte neurali di insetti agli stimoli chimici. Per il bug letto, che è un parassita umano noto, sono state caratterizzate più tipi di sensillum olfattiva. In questo studio, abbiamo dimostrato risposte neurali di bug letto sensilli olfattivi a due stimoli chimici e le risposte di dose-dipendente di uno di loro utilizzando il metodo SSR. Questo approccio consente ai ricercatori di condurre screening precoce per i singoli stimoli chimici sul olfattiva sensilla cimici, che forniscono informazioni preziose per lo sviluppo di nuovi attrattivi cimici dei letti o repellenti e benefici il letto sforzi di controllo bug.
Introduction
Il letto bug comune Cimex lectularius L (Hemiptera: Cimicidae), come un ectoparassita temporanea, è un insetto succhia-sangue obbligato, il che significa che la loro sopravvivenza, lo sviluppo e la riproduzione richiedono fonti di sangue da padroni di casa, compresi gli esseri umani e gli animali 1,2. Anche se la trasmissione del virus è stato raramente segnalato a causa di C. lectularius, il fastidio generato da mordere una infestazione incide gravemente padroni di casa sia fisicamente che psicologicamente 3. L'introduzione e l'uso diffuso di insetticidi chimici, soprattutto DDT, abbassato il rischio di infestazioni e per la fine delle infestazioni 1950 erano ad un livello così basso che non erano più un serio interesse pubblico. Tuttavia, una serie di possibili fattori hanno portato ad rinascita delle popolazioni delle cimici dei letti in tutto il mondo, come l'uso ridotto di insetticidi, un calo di sensibilizzazione del pubblico, aumentato viaggiare attività, e lo sviluppo della resistenza agli insetticidi 4-9. </ p>
Segnali chimici nell'ambiente vengono rilevati e riconosciuti dagli insetti attraverso organi olfattivi, quali antenne e palpi mascellari. La sensilla olfattiva sulle antenne degli insetti svolgono un ruolo cruciale nel rilevare questi segnali chimici. Le molecole chimiche entrano nella cuticola antennale attraverso i pori sulla superficie cuticola. Odorizzante proteine leganti nella linfa legano antennale a queste molecole chimiche e trasportarli sui recettori olfattivi 10. I recettori olfattivi e la loro co-recettore dal canale ionico cationico non selettivo sulla membrana neuronale, che sarà depolarizzata volta queste molecole chimiche sono riconosciuti dai recettori olfattivi 11.
Singola registrazione sensillum (SSR) è stato sviluppato per rilevare la modifica extracellulare del potenziale d'azione provocata dall'applicazione di entrambi stimoli chimici o non chimici. Inserendo un elettrodo di registrazione nella linfa sensillum ed un elettrodo di riferimentoin qualche altra parte del corpo dell'insetto (di solito o gli occhi composti o dell'addome), la frequenza di scarica dei neuroni in risposta a stimoli possibile registrare 12. Le variazioni del numero di picchi rappresentano la sensibilità dell'insetto a stimoli specifici. Stimoli chimici di diverse identità e concentrazione saranno suscitare diverse risposte neurali, con diversi tassi di cottura e strutture temporali, e possono quindi essere utilizzati per studiare il processo di codifica degli insetti ai prodotti chimici specifici.
Per il bug letto comune, entrambe le forme sessuali condividono lo stesso modello di sensilli olfattivi sulle antenne: nove scanalato sensilli perno C, 29 capelli come E (E1 ed E2) sensilli, e un paio ciascuno di Dα, Dβ, Dγ peg liscio sensilli 13,14. Come multipli neuroni sono stati identificati in ogni tipo di sensillum, non è facile distinguere i potenziali di azione di diversi neuroni sistemati nella stessa sensillum, quindi per questo esperimento la totanumeri l di potenziali d'azione sono stati contati off-line per un periodo di 500 msec prima e dopo la stimolazione. Il numero di potenziali d'azione dopo la stimolazione è stata poi sottratto il numero dei potenziali d'azione prima della stimolazione e moltiplicato per due per quantificare le variazioni del tasso di fuoco in ogni singolo sensillum in spighe al secondo 15.
Protocol
Representative Results
Discussion
La tecnica Sensillum singolo di registrazione è stato ampiamente utilizzato nel testare le risposte neurali di insetti come moscerini della frutta, zanzare e cimici dei letti a diversi stimoli chimici nell'ambiente. Questi stimoli chimici sono spesso sciolti e diluiti in un solvente comune per preparare differenti dosi di trattamenti. Tuttavia, i solventi possono produrre differenti tassi di rilascio ben diversi per gli stimoli. Precedenti studi su alcuni insetti ampiamente studiate, come Drosophila melanogaste…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
The project was supported by Award AAES 461Hatch/Multistate Grants ALA08-045 and ALA015-1-10026 to N.L.
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 |
References
- Bartonicka, T., Gaisler, J. Seasonal dynamics in the numbers of parasitic bugs (Heteroptera, Cimicidae): a possible cause of roost switching in bats (Chiroptera, Vespertilionidae). Parasitol Res. 100 (6), 1323-1330 (2007).
- Thomas, I., Kihiczak, G. G., Schwartz, R. A. Bed bug bites: a review. Int J Dermatol. 43 (6), 430-433 (2004).
- Anderson, A. L., Leffler, K. Bed bug infestations in the news: a picture of an emerging public health problem in the United States. J Environ Health. 70 (9), 24-27 (2008).
- Boase, C., Robinnson, W., Bajomi, D. Bed bugs (Hemiptera: Cimicidae): an evidence-based analysis of the current situation. Sixth international conference on urban pests. OOK-Press Kft. , (2008).
- Doggett, S. L., Geary, M. J., Russell, R. C. The Resurgence of bed bugs in Australia: with notes on their ecology and control. Environ Health. 4 (2), 30-38 (2004).
- Ter Poorten, M. C., Prose, N. S. The return of the common bedbug. Pediatr Dermatol. 22 (3), 183-187 (2005).
- Yoon, K. S., Kwon, D. H., Strycharz, J. P., Craig, S., Lee, S. H., Clark, J. M. Biochemical and molecular analysis of deltamethrin resistance in the common bed bug (Hemiptera: Cimicidae). J Med Entomol. 45 (6), 1092-1101 (2008).
- Wang, L., Xu, Y., Zeng, L. Resurgence of bed bugs (Hemiptera: Cimicidae) in mainland China. Fla Entomol. 96 (1), 131-136 (2013).
- Haynes, K. F., Potter, M. F., Ishaaya, I., Palli, S. R., Horowitz, A. R. Recent progress in bed bug management. Advanced technologies for managing insect pests. , 269-278 (2013).
- Carey, A. F., Carlson, J. R. Insect olfaction from model systems to disease control. Proc Natl Acad Sci. 108 (32), 12987-12995 (2011).
- Leal, W. S. Odorant reception in insects: roles of receptors, binding proteins, and degrading enzymes. Annu Rev Entomol. 58, 373-391 (2013).
- Den Otter, C. J., Behan, M., Maes, F. W. Single cell response in female Pieris brassicae. (Lepidoptera: Pieridae) to plant volatiles and conspecific egg odours. J Insect Physiol. 26 (7), 465-472 (1980).
- Levinson, H. Z., Levinson, A. R., Muller, B., Steinbrecht, R. A. Structural of sensilla, olfactory perception, and behavior of the bed bug, Cimex lectularius., in response to its alarm pheromone. J Insect Physiol. 20 (7), 1231-1248 (1974).
- Harraca, V., Ignell, R., Löfstedt, C., Ryne, C. Characterization of the antennal olfactory system of the bed bug (Cimex lectularius). Chem Senses. 35 (3), 195-204 (2010).
- Liu, F., Haynes, K. F., Appel, A. G., Liu, N. Antennal olfactory sensilla responses to insect chemical repellents in the common bed bug, Cimex lectularius. J Chem Ecol. 40 (6), 522-533 (2014).
- Olson, J. F., Moon, R. D., Kells, S. A., Mesce, K. A. Morphology, ultrastructure and functional role of antennal sensilla in off-host aggregation by the bed bug, Cimex lectularius. Arthropod Struct Dev. 43 (2), 117-122 (2014).
- Bruyne, M., Foster, K., Carlson, J. R. Odor coding in the Drosophila antenna. Neuron. 30 (2), 537-552 (2001).
- Qiu, Y. T., Loon, J. J. A., Takken, W., Meijerink, J., Smid, H. M. Olfactory coding in antennal neurons of the malaria mosquito, Anopheles gambiae. Chem Senses. 31 (9), 845-863 (2006).
- Ghaninia, M., Ignell, R., Hansson, B. S. Functional classification and central nervous projections of olfactory receptor neurons housed in antennal trichoid sensilla of female yellow fever mosquito, Aedes aegypti. Eur J Neurosci. 26 (6), 1611-1623 (2007).
- Hill, S. R., Hanson, B. S., Ignell, R. Characterization of antennal trichoid sensilla from female southern house mosquito, Culex quinquefasciatus Say. Chem Senses. 34 (3), 231-252 (2009).
