Een nieuwe aanpak die Elimineert Handling voor het bestuderen van agressie en de "verliezer" Effect in<em> Drosophila melanogaster</em
Summary
Tijdens fruitvlieg gevechten, de gedragspatronen waargenomen, vechten dynamiek, en de bijbehorende leren en geheugen worden beïnvloed door de experimentele omstandigheden. De hier gepresenteerde protocol beschrijft een nieuwe werkwijze die volledig elimineert hantering vliegen bij experimenten. Dit verbetert gevecht dynamiek en maakt de vorming van een sterke "verliezer" effecten.
Abstract
Agressief gedrag in Drosophila melanogaster bestaat uit de opeenvolgende expressie van stereotype gedragspatronen (analyse zie 1). Dit complex gedrag wordt beïnvloed door genetische, hormonale en omgevingsfactoren. Zoals in veel organismen, eerdere gevechten ervaring beïnvloedt de gevechten strategie van vliegen en het resultaat van latere wedstrijden: het verliezen van een gevecht verhoogt de kans op verlies later wedstrijden, onthullende "verliezer" effecten die waarschijnlijk te betrekken leren en geheugen 2-4. Het leren en geheugen dat de expressie van complexe sociale gedrag zoals agressie gepaard gaat, is gevoelig voor pre-test omgang met dieren 5,6. Vele experimentele procedures worden gebruikt in verschillende laboratoria agressie 09/07 echter geen routinematig gebruikte protocol dat uitsluit afhandeling van vliegen momenteel beschikbaar bestuderen. Hier melden wij een nieuwe gedrags-apparaat dat elimineert de behandeling van vliegen, met behulp instead hun aangeboren negatieve geotactic reacties op dieren te verplaatsen in of uit vechten kamers. In dit protocol zijn kleine ronde strijd arena's met een voedsel kopje verdeeld in twee gelijke helften door een verwijderbaar plastic slider voorafgaand aan het inbrengen van vliegen. Vliegen voer kamers van hun huis isolatie flesjes via schuifdeuren kamer deuren en geotaxis. Na verwijdering van plastic sliders, vliegen zijn vrij om te interageren. Na bepaalde tijd periodes, worden vliegen weer gescheiden door sliders voor verdere experimenten. Dit alles is eenvoudig te doen zonder de behandeling van individuele vliegen. Deze inrichting biedt een nieuwe benadering voor agressie en de bijbehorende leren en geheugen, zoals de vorming van "winnaar" effecten in vlieg gevechten bestuderen. Bovendien kan deze nieuwe general-purpose behavioral apparaat worden gebruikt om andere sociale gedrag van vliegen te bestuderen en moet, in het algemeen, van belang zijn voor het onderzoeken van ervaring gerelateerde veranderingen in de fundamentele gedrags-processen.
Introduction
Agressie in dierlijke systemen wordt sterk geassocieerd met het verwerven en houden van hulpbronnen zoals voedsel, grondgebied en vrienden. Gezien de belangrijke rol die deze speelt in de fitnessruimte van individuen, is het niet verwonderlijk dat de agressie zich heeft ontwikkeld over het dierenrijk. Als een adaptieve eigenschap die rechtstreeks ten goede mensen, is een sterke leren en geheugen component geassocieerd met agressie. In de competitie voor sociale rang, eerdere gevechten ervaring heeft invloed op de uitkomst van latere wedstrijden. In het algemeen eerdere verliezen ervaring toeneemt, en het winnen van ervaring vermindert de kans op verlies later wedstrijden (zogenaamde "winnaar" en "winner" effect). "Loser" effecten zijn waargenomen in een breed scala van soorten, en sommige rapporten suggereren dat deze kan duren voor meerdere dagen, terwijl "winner" effecten zijn meestal van kortere duur 2,10,11.
Het eerste verslag van agressief gedragin fruitvliegen (D. ampelophila) werd door Sturtevant in 1915 in een betrekking met seks erkenning en geslachtsselectie 12 papier. Een halve eeuw later, meer volledige onderzoek van de mannelijke fruitvlieg agressie werden gemaakt, dat de meeste van de gedragspatronen waargenomen tijdens fruitvlieg gevechten beschreven. Deze experimenten werden meestal uitgevoerd in kleine groepjes van mannelijke en vrouwelijke vliegen waargenomen gedurende 13-15 uur uitgevoerd. Onlangs, met de toevoeging van krachtige genetische hulpmiddelen, dyadische hetzelfde geslacht strijd opstellingen en kortere tijden van observatie, D. melanogaster is uitgegroeid tot een belangrijk model voor de studie van de biologie van agressie 1,16. Analyse gevechten tussen hetzelfde geslacht paren van mannelijke en vrouwelijke vliegen aangetoond dat agressie gaat stereotype gedragspatronen dat de overgang van de ene naar de andere in een statistisch betrouwbare wijze 1,17. Sommige van de gedragspatronen waargenomen zijn sekse-specifieke terwijl anderen zijn waargenomen in strijds in beide geslachten. Male gevechten naar hogere intensiteit dan vrouwelijke gevechten en leiden tot de vorming van dominantierelaties duidelijke "winnaars" en "verliezers". Op dit moment hebben veel laboratoria gestart onderzoek naar de biochemische 18, neurale 7,19-21, en genetische 22 onderbouwing van agressie. Helaas, een meta-analyse van studies om inzicht strijd dynamiek en de vorming en instandhouding van dominantierelaties problematisch krijgen door het gebruik van een veelheid van experimentele procedures in verschillende laboratoria. In wezen alle van de in de literatuur beschreven technieken omvatten behandeling en manipulatie van vliegen om ze te introduceren in arena's 19,23,24 en tijdens de gedrags-experiment 3,4 om vliegen te dragen uit arena's. Behoedzame aspiratie is de meest voorkomende manier om vliegen te manipuleren 3,4,23-25, maar koud of CO 2 anesthesie worden ook gebruikt 9,26, hoewel prige studies reeds hebben gemeld dat deze procedures hebben schadelijke effecten op vlieg gedrag 27,28. Een periode van ten minste 24 uur wordt aanbevolen na het gebruik van een verdovingsmiddel om hun effecten op het gedrag van 29,30 minimaliseren.
Vliegen leren van eerdere gevechten ervaring en hun gedragsproblemen gebruikspatroon in nieuwe situaties aan te passen, wat suggereert dat leren en geheugen te begeleiden en zijn de gevolgen van agonistische ontmoetingen. In die zin, vliegen gevechten lijken op operante conditionering leersituaties waarin vliegt leren dat een strategie heeft gewerkt en vervolgens gebruiken steeds vaker tijdens de daaropvolgende ontmoetingen. Vliegen veranderen hun gevechten strategieën na dominantie relaties tijdens gevechten zijn vastgesteld, met winnaars longeren meer en meer en verliezers minder en minder. Na een periode van scheiding eerdere losers toon meer onderdanig gedrag en zijn zeer waarschijnlijk verliezen 2e vecht wanneer gecombineerd met naïeve flies of eerdere winnaars 3,4. Echter, het ontbreken van een experimentele procedure die uitsluit hanteren van vliegen gedetailleerde studies van de "verliezer" effecten bemoeilijkt. In een recente studie vergeleken we twee experimentele procedures routinematig gebruikt in laboratoria (aspiratie en koud anesthesie) om vliegen te voeren in behavioral kamers om de nieuwe procedure die behandeling elimineert. De resultaten toonden aan dat koud verdoving had veel grotere negatieve effecten op agressie dan aspiratie, maar zelfs aspiratie verminderde het niveau van agressiviteit door vliegen. Aspiratie Wel veroorzaken zeer significante effecten op het leren en het geheugen dat agressie te begeleiden. Na identiek protocol met twee experimentele procedures (aspiratie en zonder behandeling), een robuuste "verliezer" effect werd alleen waargenomen wanneer de behandeling van vliegen werd geëlimineerd uit de experimentele procedure 5,6.
Idealiter studies van Drosophila agressie in laboratoria dienen milieu situaties die normaal vliegen tegenkomen in het wild (concurrentie voor de middelen, grondgebied te verdedigen en de ruimte om te ontsnappen) bevatten. Bovendien moet proefomstandigheden worden geoptimaliseerd betrouwbaar induceren observeren en het gedrag onderzochte interpreteren (proberen dier handling minimaliseren, beperken het gebruik van CO 2 als anestheticum en standaardiseren van de experimentele procedures). In een poging om de meeste of alle van deze problemen, hebben we een nieuwe gedrags apparaat dat bij de behandeling van vliegen elimineert vóór, tijdens en na het inzetten gedragsproblemen arena. Met deze inrichting, vliegen gebruiken hun aangeboren negatieve geotaxis te worden verplaatst en overgebracht naar en uit de strijd kamers. Doordat handling vliegen, het protocol beoogt: (a) reduceren de gedrags variabiliteit tussen individuen; (b) verlagen van de tijd die nodig is voor vliegen om te communiceren en het genereren van duidelijke dominantie relaties (mannen); en (c) op betrouwbare wijze te induceren sterk genoeg gedragsproblemenral veranderingen in de vorming van "verliezer" effecten mogelijk te maken.
Dit protocol wordt een nieuwe experimentele inrichting en een stapsgewijze procedure agressie analyseren en de vorming van een sterke "winnaar" effect in D. toestaan melanogaster. Wij verwachten dat deze gedragsproblemen inrichting gemakkelijk kan worden aangepast voor de studie van andere sociaal gedrag vertoond door fruitvliegen.
Protocol
Representative Results
Discussion
Het moderne tijdperk van het gebruik van Drosophila met zijn krachtige genetische methoden als modelorganisme voor de studie van agressie begon ongeveer een tiental jaar geleden met de introductie van nieuwe experimentele arena's waarin betrouwbare gevechten gedrag zou kunnen worden verkregen met een enkele paren van vliegen 1,7, 8,17,19. Deze arena's opgenomen gewenste middelen (een food cup, potentiële partners) en een ruimte voor verliezer vliegt terug te trekken in. Wanneer de resultaten…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Dit onderzoek werd ondersteund door subsidies van het National Institute of General Medical Sciences (GM099883 en GM074675) naar EAK De financiers hadden geen rol in de onderzoeksopzet, het verzamelen en analyseren van gegevens, het besluit te publiceren, of de bereiding van het manuscript. We bedanken de mensen van onze werkplaats aan de Harvard Medical School voor het ontwerp van de gedrags-apparaat (contact: http://mikesmachine.com).
Auteur bijdragen: ST, BC ontwierp de gedrags-apparaat. ST ontworpen en geoptimaliseerd het experimentele protocol. ST en BC uitgevoerd en de experimenten geanalyseerd. ST, EAK en BC schreef de krant.
Materials
| Drosophila melanogaster pupa | Bloomington Stock Center | ||
| Standard fly food | Fabricated in-house. | ||
| Behavioral chambers | Mike machine | Fabricated in-house. Directly contact the compagny for more informations. | |
| Borosilicate glass vials | VWR International | 47729-576 | 16 x 10 mm |
| Cotton | Fisherbrand | 22-456-881 | Any brand can be used |
| Pasteur pipettes | VWR International | 53300-567 | |
| Paintbrush | Blick Art Material | 06157-7030 | Round , Size 3/0 |
| Toothpick | N/A | N/A | Any brand can be used |
| Acrylic paint (blue/white) | Blick Art Material | 01637-5172/01637-1022 | Any brand can be used |
| Dry active yeast | Sigma | YSC2-500G | |
| Srew cap tube | VWR International | 10011-394 | 15 mm diameter, 10 mm height |
| Eppendorf | VWR International | 22363212 | |
| Tape | N/A | N/A | Any brand can be used |
| Plastic slices | Electron Microscopy Sciences | 70329-40 | 22 x 40 x 0.25 mm Thickness |
| Light source (bulb) | VWR International | 500003-418 | Any brand can be used |
| Timer | VWR International | 62344-641 | Any brand can be used |
| Incubator | Percival | Directly contact the constructor for more informations. | |
| Carbon Dioxide Dry (CO2) | Medical-Technical Gases, Inc | 14H31 | |
| Binocular | Nikon | SMZ-745 | Any brand can be used |
| Camera (SONY Handycam HDR-CX330) | B&H | SOHDRCX330B | Any brand can be used |
| Computer | With a minimum of 1.4 Ghz Processor, running Microsoft Windows or Machintosh HD | ||
| ClipWrap | Download online | Any importing software can be used | |
| QuickTime Player | Download online | Any reading software can be used | |
| GraphPad Software | Online | Any statistical software can be used |
References
- Chen, S., Lee, A. Y., Bowens, N. M., Huber, R., Kravitz, E. A. Fighting fruit flies: a model system for the study of aggression. Proc Natl Acad Sci U S A. 99, 5664-5668 (2002).
- Hsu, Y., Earley, R. L., Wolf, L. L. Modulation of aggressive behaviour by fighting experience: mechanisms and contest outcomes. Biol Rev Camb Philos Soc. 81, 33-74 (2006).
- Yurkovic, A., Wang, O., Basu, A. C., Kravitz, E. A. Learning and memory associated with aggression in Drosophila melanogaster. Proc Natl Acad Sci U S A. 103, 17519-17524 (2006).
- Penn, J. K., Zito, M. F., Kravitz, E. A. A single social defeat reduces aggression in a highly aggressive strain of Drosophila. Proc Natl Acad Sci U S A. 107, 12682-12686 (2010).
- Trannoy, S., Chowdhury, B., Kravitz, E. A. Handling alters aggression and ‘loser’ effect formation in Drosophila melanogaster. Learn Mem. 22, 64-68 (2015).
- Trannoy, S., Kravitz, E. A. Learning and memory during aggression in Drosophila: handling affects aggression and the formation of a ”loser” effect. Journal of Nature and Science. 1 (3), e56 (2015).
- Alekseyenko, O. V., Chan, Y. B., Li, R., Kravitz, E. A. Single dopaminergic neurons that modulate aggression in Drosophila. Proc Natl Acad Sci U S A. 110, 6151-6156 (2013).
- Dierick, H. A., Greenspan, R. J. Serotonin and neuropeptide F have opposite modulatory effects on fly aggression. Nat Genet. 39, 678-682 (2007).
- Williams, M. J., et al. Regulation of aggression by obesity-linked genes TfAP-2 and Twz through octopamine signaling in Drosophila. 유전학. 196, 349-362 (2014).
- Chase, I. D., Bartolomeo, C., Dugatkin, L. A. Aggressive interactions and inter-contest interval: how long do winners keep winning?. Anim. Behav. 48, 393-400 (1994).
- Goessmann, C., Hemelrijk, C., Huber, R. The formation and maintenance of crayfish hierarchies: behavioral and self-structuring properties. Behav Ecol Sociobiol. 48, 418-428 (2000).
- Sturtevant, A. H. Experiments on sex recognition and the problem of sexual selection in Drosophila. J Animal Behav. 5, 351-366 (1915).
- Jacobs, M. E. Influence of light on mating of Drosophila melanogaster. Ecology. 41, 182-188 (1960).
- Dow, M. A., von Schilcher, F. Aggression and mating success in Drosophila melanogaster. Nature. 254, 511-512 (1975).
- Hoffmann, A. A laboratory study of male territoriality in the sibling species Drosophila melanogaster and D. simulans. Anim. Behav. 35, 807-818 (1987).
- Vrontou, E., Nilsen, S. P., Demir, E., Kravitz, E. A., Dickson, B. J. fruitless regulates aggression and dominance in Drosophila. Nat Neurosci. 9, 1469-1471 (2006).
- Nilsen, S. P., Chan, Y. B., Huber, R., Kravitz, E. A. Gender-selective patterns of aggressive behavior in Drosophila melanogaster. Proc Natl Acad Sci U S A. 101, 12342-12347 (2004).
- Fernandez, M. P., Kravitz, E. A. Aggression and courtship in Drosophila: pheromonal communication and sex recognition. J Comp Physiol A Neuroethol Sens Neural Behav Physiol. 199, 1065-1076 (2013).
- Alekseyenko, O. V., et al. Single serotonergic neurons that modulate aggression in Drosophila. Current biology : CB. 24, 2700-2707 (2014).
- Asahina, K., et al. Tachykinin-expressing neurons control male-specific aggressive arousal in Drosophila. Cell. 156, 221-235 (2014).
- Andrews, J. C., et al. Octopamine neuromodulation regulates Gr32a-linked aggression and courtship pathways in Drosophila males. PLoS genetics. 10, e1004356 (2014).
- Zwarts, L., et al. Complex genetic architecture of Drosophila aggressive behavior. Proc Natl Acad Sci U S A. 108, 17070-17075 (2011).
- Dierick, H. A. A method for quantifying aggression in male Drosophila melanogaster. Nat Protoc. 2, 2712-2718 (2007).
- Wang, L., et al. Hierarchical chemosensory regulation of male-male social interactions in Drosophila. Nat Neurosci. 14, 757-762 (2011).
- Davis, S. M., Thomas, A. L., Nomie, K. J., Huang, L., Dierick, H. A. Tailless and Atrophin control Drosophila aggression by regulating neuropeptide signalling in the pars intercerebralis. Nat Commun. 5, 3177 (2014).
- Yuan, Q., Song, Y., Yang, C. H., Jan, L. Y., Jan, Y. N. Female contact modulates male aggression via a sexually dimorphic GABAergic circuit in Drosophila. Nat Neurosci. 17, 81-88 (2014).
- Perron, J. M., Huot, L., Corrivault, G. W., Chawla, S. S. Effects of carbon dioxide anaesthesia on Drosophila melanogaster. J Insect Physiol. 18, 1869-1874 (1972).
- Joachim, D., Curtsinger, J. W. Genotype and anesthetic determine mate choice in Drosophila melanogaster. Behav Genet. 20, 73-79 (1990).
- Barron, A. B. Anaesthetising Drosophila for behavioural studies. J Insect Physiol. 46, 439-442 (2000).
- Greenspan, R. J. . Fly Pushing: The theory and Practice of Drosophila Genetics. , (1997).
- Cabral, L. G., Foley, B. R., Nuzhdin, S. V. Does sex trade with violence among genotypes in Drosophila melanogaster?. PLoS One. 3 (4), e1986 (2008).
