Метод проверки влияния экологических сигналов на поведение спаривания в<em> Drosophila melanogaster</em
Summary
Мы демонстрируем анализ для анализа экологических и генетических сигналов, влияющих на поведение спаривания в плодовой мушке Drosophila melanogaster .
Abstract
На сексуальную активность человека влияет генотип, опыт и условия окружающей среды. Как эти факторы взаимодействуют для модуляции сексуального поведения, остается слабо понимаемым. В Drosophila melanogaster экологические сигналы, такие как доступность продуктов питания, влияют на спаривающую активность, предлагая приемлемую систему для исследования механизмов, модулирующих сексуальное поведение. В D. melanogaster , экологические сигналы часто ощущаются через хемосенсорные вкусовые и обонятельные системы. Здесь мы представляем метод проверки влияния экологических химических сигналов на поведение спаривания. Анализ состоит из небольшой спаривающей арены, содержащей пищевую среду и пару спаривания. Частота спаривания для каждой пары непрерывно контролируется в течение 24 часов. Здесь мы представляем применимость этого анализа для проверки соединений окружающей среды от внешнего источника через систему сжатого воздуха, а также манипуляции с компонентами окружающей среды непосредственно на арене спаривания. УSe системы сжатого воздуха особенно полезна для проверки влияния очень летучих соединений, в то время как манипулирование компонентами непосредственно на арене сопряжения может иметь значение для определения присутствия соединения. Этот анализ может быть адаптирован для ответа на вопросы о влиянии генетических и экологических сигналов на поведение спаривания и плодовитость, а также на другие репродуктивные поведения мужчин и женщин.
Introduction
Репродуктивное поведение обычно имеет высокие затраты на энергию, особенно для женщин, которые производят большие гаметы, чем мужчины, и должны тщательно выбирать условия для воспитания своего развивающегося потомства. Из-за стоимости энергии неудивительно, что воспроизведение связано с питательными условиями. Это справедливо для большинства, если не для всех, животных, включая млекопитающих, чье половое созревание может быть отсрочено вследствие недоедания, а на сексуальный всадник которого может отрицательно сказаться ограничение на питание 1 .
Репродукция генетического модельного организма Drosophila melanogaster также зависит от условий питания. Самцы суда на более высоком уровне в присутствии летучих продуктов 2 , а самки более восприимчивы к сексуальному влечению в присутствии дрожжей, основного питательного вещества для производства яиц и выживаемости потомства 3 , 4 , 5 . ЭтаЭволюционно-консервативная репродуктивная реакция на питание дает возможность изучить механизмы, которые связывают экологическую доступность продуктов питания с половым размножением в генетически приемлемом и экономически эффективном организме. В самом деле, работа в дрозофиле была вовлечена в пути к инсулину в качестве важного регулятора соединения между пищевой и сопрягаемым поведением 6. Он также показал, что сам акт спаривания меняет предпочтение пищи женщин, а также ассоциированные хемосенсорные нейроны 7 , 8 , 9 .
Понятно, что пищевые сигналы влияют на репродуктивное поведение в D. melanogaster . Эти эффекты, по-видимому, в основном затрагивают женщин, особенно тех, кто уже спал 5 . Однако для проверки этих острых последствий условий окружающей среды анализ, классически используемый для женского спаривания, можетНе очень подходят из-за длительных перерывов между эпизодами спаривания. В классическом репарационном анализе девственная женщина впервые встречается с мужчиной и сразу же изолирована и представлена новым мужчиной через 24-48 часов. Этот классический анализ был использован с большим успехом для идентификации компонентов мужского эякулята, которые изменяют поведение женщины и женский отклик 12 , 13 , 14 , 15 , 16 , 17 , 18 . Таким образом, описанный здесь непрерывный анализ спаривания является дополнением к классическим анализам спаривания, которые могут быть использованы для изучения острого влияния условий окружающей среды на репродуктивное поведение.
Используя непрерывный анализ спаривания, описанный здесь, мы ранее показали, что пара мух, подвергнутых воздействию дрожжей, будет восстанавливатьсяeveral раз в течение 24 – часового периода наблюдения 5, 19, 20, 21, в то время как мухи , не подвергается воздействию пищи будет только один раз Remate 5. Это открытие может быть озадачивающим в свете большой части литературы D. melanogaster, свидетельствующей о том, что самки не рематуются в течение нескольких дней после первоначального спаривания (см. Рекомендации 10 , 11 ). Однако это расхождение легко объясняется условиями анализа, когда женщина изолирована на один-несколько дней, прежде чем будет предоставлена новая возможность спаривания. Если пара не сопряжена в этом часовом периоде наблюдения, самка характеризуется как нечувствительная. Более того, высокая частота спаривания не должна удивлять, учитывая, что данные от пойманных мух мух показывают, что женщины содержат сперму от 4 до 6 мужчин в своих органах хранения; Таким образом, вЧто женщины, естественно, репараты несколько раз 22 , 23 .
Здесь мы демонстрируем использование этого метода непрерывного спаривания, чтобы разгадать, как мухи собираются и объединяют информацию об условиях окружающей среды для модуляции частоты спаривания. Этот анализ позволяет тестировать относительно большое количество спаривающих пар для генетических исследований и проверять влияние летучих и нелетучих экологических сигналов. Анализ обычно проходит в течение 24 часов, но может быть увеличен до 48 часов, что позволяет тестировать циклические экологические сигналы, такие как светло-темный (LD) цикл. Мы демонстрируем этот анализ, проверяя влияние летучих сигналов от культуры дрожжей в воздушной системе под давлением в сочетании с наличием нелетучего питательного вещества дрожжей в пищевом субстрате.
Система сжатого воздуха непрерывно подает волатильные сигналы на сопрягаемую арену, которая содержитСа пищевой субстрат и тестовую пару (чье поведение при поведении контролируется). Чтобы дополнительно определить особенности, с которыми дрожжи влияют на спаривание, мы тестируем основное летучее соединение дрожжей, а именно уксусную кислоту 24 , в сочетании с содержанием аминокислоты, которое соответствует количеству дрожжей в пищевом субстрате, в форме пептона (амино Кислоты, полученные из ферментативного переваривания животных белков). Вместе эти эксперименты демонстрируют, как эффект экологического сигнала на поведение спаривания D. melanogaster можно проверить с помощью этого анализа.
Protocol
Representative Results
Discussion
Этот протокол описывает анализ для проверки поведения спаривания в течение 24 часов, непрерывно контролируя экологические сигналы, которые гипотетическая пара предполагает использовать для определения частоты спаривания. Можно увеличить частоту спаривания в ответ на воздух дрожжей,…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Мы благодарим Bloomington Drosophila Stock Center за запасы мух; C. Gahr, JT Alkema и S. van Hasselt за их раннюю попытку разработать анализ сжатого воздуха; Джаспер Босман за советом по выращиванию дрожжей; И Rezza Azanchi и Joel Levine для первоначального развития временного мониторинга поведения спаривания Drosophila . JA Gorter поддерживалась грантом программы выпускников BCN / NWO по исследованиям Neuroscience Research School. Эта работа была частично поддержана голландской организацией по научным исследованиям (NWO) (ссылка: 821.02.020) JC Billeter.
Materials
| Cabinet | |||
| Stainless steel kitchen cabinet | Horecaworld | 7412.0105 | |
| White LEDs | Lucky Light | ll-583wc2c-001 | Cold white, 20 mAmp and 2 V |
| Red LEDs | Lucky Ligt | ll-583vc2c-v1-4da | Wavelength between 625 nm, 20 mAmp and 6 V |
| Resistor | Royal Ohm | CFR0W4J0561A50 | 560 ohm, 0.25 W, 250 V and 5 % tolerance |
| Smartphone light meter app | Patrick Giudicelli | Light/Lux Meter FREE, version 1.1.1 | |
| Power timer | Alecto | TS-121 | |
| Metal brackets | Sharp angle 5 by 5 mm, 2 x 5450 and 1 x 1100 mm long | ||
| Frosted glass plate | 1190 x 545 x 5 mm | ||
| Filter paper sheets | LEE filters | 220 | White frost |
| Small fan | Nanoxia Deep silence | 4260285292828 | 80 mm Ultra-Quiet PC Fan, 1200 RPM |
| Big fan | Nanoxia Deep silence | 4260285292910 | 120 mm Ultra-Quiet PC Fan, 650-1500 RPM |
| Webcam camera | Logitech | 950270 | B910 HD WEBCAM OEM, Angle: 78-degree, resolution: 5-million-pixel |
| Camera software | DeskShare | Security monitor pro | |
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Fly rearing | |||
| Fly rearing bottles | Flystuff | 32-130 | 6oz Drosophila stock bottle |
| Flypad | Flystuff | 59-114 | |
| Wild-type flies | Canton-S | ||
| Fly rearing vials | Dominique Dutscher | 789008 | Drosophila tubes narrow 25×95 mm |
| Incubator | Sanyo | MIR-154 | |
| Magnetic hot plate | Heidolph | 505-20000-00 | MR Hei-Standard |
| Agar | Caldic Ingredients B.V. | 010001.26.0 | |
| Glucose | Gezond&wel | 1019155 | Dextrose/Druivensuiker |
| Sucrose | Van Gilse | Granulated sugar | |
| Cornmeal | Flystuff | 62-100 | |
| Wheat germ | Gezond&wel | 1017683 | |
| Soy flour | Flystuff | 62-115 | |
| Molasses | Flystuff | 62-117 | |
| Active dry yeast | Red Star | ||
| Tegosept | Flystuff | 20-258 | 100% |
| Peptone (bacto) | BD | 211677 | |
| Acetic Acid | Merck | 1000631000 | Glacial, 100% |
| Small petridish | Greiner bio-one | 627102 | 35 x 10 mm with vents |
| Paraffin film | Bemis NA | Parafilm | |
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Yeast and pressurised air set-up | |||
| Big petridish | Gosselin | BP140-01 | 140 x 20.6 mm |
| Ultrapure water | Millipore corporation | MiliQ | |
| Yeast extract | BD | 212750 | |
| Agar (pure) | BD | 214530 | bacto |
| Glucose (0(+)-glucose monohydrate) | Merck | 18270000004 | |
| Open caps | Schott | 29 240 28 | GL45 |
| Silicone septum | VWR | 548-0662 | |
| Barbed bulkhead fittings | Nalgene | 6149-0002 | |
| Large PVC tubing | diameter: outer 1.2 cm and inner 0.9 cm | ||
| Small PVC tubing | diameters: outer 0.8 cm and inner 0.5 cm | ||
| 15 ml tube | Falcon | ||
| Aquarium pump | Sera precision | Sera air 110 plus, AC 220-240 V, 50/60 Hz, 3 W and pressure >100 mbar | |
| Activated charcoal | Superfish | A8040400 | Norit activated carbon |
| Disposible filter unit | Whatman | 10462100 | |
| Serological pipettes | VWR | 612-1600 | |
| Syringe | BD Plastipak | 300013 | |
| Hot glue | Pattex | ||
| Syringe filter | Whatman | FP 30/pore size 0.45 mm CA-S | |
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Analysis | |||
| Statistics software | R | lme4 package |
References
- Hileman, S. M., Pierroz, D. D., Flier, J. S. Leptin nutrition, and reproduction: timing is everything. J. Clin. Endocrinol. Metab. 85 (2), 804-807 (2000).
- Grosjean, Y., et al. An olfactory receptor for food-derived odours promotes male courtship in Drosophila. Nature. 478 (7368), 236-240 (2011).
- Harshman, L. G., Hoffman, A. A., Prout, T. Environmental effects on remating in Drosophila melanogaster. Evolution. 42 (2), 312-321 (1988).
- Fricke, C., Bretman, A., Chapman, T. Female nutritional status determines the magnitude and sign of responses to a male ejaculate signal in Drosophila melanogaster. J. Evol. Biol. 23 (1), 157-165 (2010).
- Gorter, J. A., Jagadeesh, S., Gahr, C., Boonekamp, J. J., Levine, J. D., Billeter, J. -. C. The nutritional and hedonic value of food modulate sexual receptivity in Drosophila melanogaster females. Sci. Rep. , 1-10 (2016).
- Wigby, S., et al. Insulin signalling regulates remating in female Drosophila. Proc. Biol. Sci. 278 (1704), 424-431 (2011).
- Ribeiro, C. The dilemmas of the gourmet fly: the molecular and neuronal mechanisms of feeding and nutrient decision making in Drosophila. Front. Neurosci. 7, 1-13 (2013).
- Walker, S. J., Corrales-Carvajal, V. M., Ribeiro, C. Postmating circuitry modulates salt taste processing to increase reproductive output in Drosophila. Curr. Biol. 25 (20), 2621-2630 (2015).
- Hussain, A., Üçpunar, H. K., Zhang, M., Loschek, L. F., Grunwald Kadow, I. C. Neuropeptides modulate female chemosensory processing upon mating in Drosophila. PLoS Biol. 14 (5), e1002455-e1002428 (2016).
- Avila, F. W., Sirot, L. K., LaFlamme, B. A., Rubinstein, C. D., Wolfner, M. F. Insect seminal fluid proteins: identification and function. Annu. Rev. Entomol. 56 (1), 21-40 (2011).
- Laturney, M., Billeter, J. C. Neurogenetics of female reproductive behaviors in Drosophila melanogaster. BS:ADGEN. 85, 1-108 (2014).
- Liu, H., Kubli, E. Sex-peptide is the molecular basis of the sperm effect in Drosophila melanogaster. Proc. Natl. Acad. Sci. U S A. 100 (17), 9929-9933 (2003).
- Ram, K. R., Wolfner, M. F. Sustained post-mating response in Drosophila melanogaster requires multiple seminal fluid Proteins. PLoS gen. 3 (12), 2428-2438 (2007).
- Yapici, N., Kim, Y. -. J., Ribeiro, C., Dickson, B. J. A receptor that mediates the post-mating switch in Drosophila reproductive behaviour. Nature. 451 (7174), 33-37 (2008).
- Yang, C. -. H., et al. Control of the postmating behavioral switch in Drosophila females by internal sensory neurons. Neuron. 61 (4), 519-526 (2009).
- Häsemeyer, M., Yapici, N., Heberlein, U., Dickson, B. J. Sensory neurons in the Drosophila genital tract regulate female reproductive behavior. Neuron. 61 (4), 511-518 (2009).
- Rezával, C., Pavlou, H. J., Dornan, A. J., Chan, Y. -. B., Kravitz, E. A., Goodwin, S. F. Neural circuitry underlying Drosophila female postmating behavioral responses. Curr. Biol. , 1-11 (2012).
- Haussmann, I. U., Hemani, Y., Wijesekera, T., Dauwalder, B., Soller, M. Multiple pathways mediate the sex-peptide-regulated switch in female Drosophila reproductive behaviours. Proc. Biol. Sci. 280 (1771), 20131938-20131938 (2015).
- Krupp, J. J., et al. Social experience modifies pheromone expression and mating behavior in male Drosophila melanogaster. Curr. Biol. 18 (18), 1373-1383 (2008).
- Billeter, J. C., Jagadeesh, S., Stepek, N., Azanchi, R., Levine, J. D. Drosophila melanogaster females change mating behaviour and offspring production based on social context. Proc. Biol.l Sci. 279 (1737), 2417-2425 (2012).
- Krupp, J. J., Billeter, J. -. C., Wong, A., Choi, C., Nitabach, M. N., Levine, J. D. Pigment-dispersing factor modulates pheromone production in clock cells that influence mating in Drosophila. Neuron. 79 (1), 54-68 (2013).
- Imhof, M., Harr, B., Brem, G., Schlötterer, C. Multiple mating in wild Drosophila melanogaster revisited by microsatellite analysis. Mol. Ecol. , 915-917 (1998).
- Ochando, M. D., Reyes, A., Ayala, F. J. Multiple paternity in two natural populations (orchard and vineyard) of Drosophila. Proc. Natl. Acad. Sci. U S A. 93 (21), 11769-11773 (1996).
- Becher, P. G., et al. Yeast, not fruit volatiles mediate Drosophila melanogaster attraction, oviposition and development. Func. Ecol. 26 (4), 822-828 (2012).
- Montell, C. Drosophila visual transduction. Trends Neurosci. 35 (6), 356-363 (2012).
- Ejima, A., Griffith, L. C. Assay for courtship suppression in Drosophila. Cold Spring Harbor Prot. 2011 (2), 5575 (2011).
- Crickmore, M. A., Vosshall, L. B. Opposing Dopaminergic and GABAergic Neurons Control the Duration and Persistence of Copulation in Drosophila. Cell. 155 (4), 881-893 (2013).
- Bretman, A., Fricke, C., Chapman, T. Plastic responses of male Drosophila melanogaster to the level of sperm competition increase male reproductive fitness. Proc. Biol. Sci. 276 (1662), 1705-1711 (2009).
- Dukas, R., Jongsma, K. Costs to females and benefits to males from forced copulations in fruit flies. Anim. Behav. 84 (5), 1177-1182 (2012).
- Yorozu, S., et al. Distinct sensory representations of wind and near-field sound in the Drosophila brain. Nature. 457 (7235), 201-205 (2009).
