أسلوب الآلي لتحديد أداء المورفولوجية في استجابة للتغيرات في درجة الحرارة في المكان والزمان
Summary
نقدم هنا بروتوكولا لتحديد الأداء الحركي من المورفولوجية تلقائياً في تغير درجات الحرارة باستخدام ساحة التحكم في درجة الحرارة القابلة لبرمجة التي تنتج التغيرات في درجات الحرارة بسرعة ودقة في الزمان والمكان.
Abstract
درجة الحرارة عاملاً في كل مكان بيئية التي تؤثر على كيفية توزيع الأنواع وتتصرف. الأنواع المختلفة من ذباب الفاكهة المورفولوجية لها إجابات محددة لتغيير درجات الحرارة وفقا للتسامح الفسيولوجية والقدرة على التكيف. كما تمتلك الذباب المورفولوجية درجة حرارة الاستشعار عن النظام الذي أصبح أساسيا لفهم أساس العصبية لدرجة حرارة المعالجة في اكتوثيرمس. نحن الحاضرين هنا ساحة التحكم في درجة الحرارة التي تسمح بالتغيرات في درجة الحرارة بسرعة ودقة مع مراقبة الزماني والمكاني لاستكشاف رد الذباب الفردية لتغيير درجات الحرارة. يتم وضعها في الساحة الذباب الفردية ويتعرض لتحديات الحرارة مبرمجة مسبقاً، مثل موحدة تدريجيا يزيد في درجة الحرارة لتحديد قواعد رد فعل أو درجات الحرارة موزعة مكانياً في نفس الوقت لتحديد تفضيلاتك. يتم تلقائياً تعقب الأفراد، السماح للتحديد الكمي لتفضيل السرعة أو الموقع. يمكن استخدام هذا الأسلوب لقياس سرعة الاستجابة عبر طائفة واسعة من درجات الحرارة لتحديد درجة حرارة منحنيات الأداء في المورفولوجية أو الحشرات الأخرى من نفس الحجم. وبالإضافة إلى ذلك، يمكن استخدام الدراسات الجينية لتحديد تفضيلات درجة الحرارة وردود فعل طفرات أو البرية من نوع الذباب. هذا الأسلوب يمكن أن تساعد في الكشف عن الأساس انتواع الحرارية والتكيف، فضلا عن الآليات العصبية وراء تجهيز درجة الحرارة.
Introduction
درجة الحرارة هي عامل ثابت بيئية التي تؤثر على كيفية تسيير الكائنات الحية وتتصرف1. الاختلافات في الارتفاع والعرض تؤدي إلى اختلافات في نوع المناخات يتعرض الكائن الحي إلى، مما يؤدي إلى اختيار التطوري لردودها على درجة الحرارة2،3. الكائنات الحية تستجيب لدرجات حرارة مختلفة عن طريق التكيفات المورفولوجية والفسيولوجية والسلوكية أن تحقيق أقصى قدر من الأداء في بيئات خاصة بهم4. على سبيل المثال، في ذبابة الفاكهة melanogaster المورفولوجية، السكان من مناطق مختلفة قد تفضيلات درجات الحرارة المختلفة وأحجام الجسم ومرات التنموية، وطول العمر، الخصوبة والأداء سيرا على الأقدام في درجات حرارة مختلفة2 5، ،،من67. التنوع الملاحظ بين ذباب أصول مختلفة تفسر جزئيا بالتنوع الوراثي والجينات البلاستيك التعبير8،9. وبالمثل، توزيعها بطريقة مختلفة بين تدرجات حرارة الأنواع المورفولوجية من مناطق مختلفة وإظهار الاختلافات في مقاومة للحرارة الشديدة والبرد الاختبارات10،،من1112.
أيضا في الآونة الأخيرة أصبحت المورفولوجية النموذج المفضل فهم أساس الوراثية والعصبية لدرجة الحرارة تصور13،14،15،،من1617. على نطاق واسع، الذباب الكبار يرون درجة الحرارة عن طريق أجهزة استشعار درجة الحرارة المحيطية الباردة والساخنة في الهوائيات وأجهزة استشعار درجة الحرارة في الدماغ13،14،،من1516 , 17 , 18 , 19 , 20-مستقبلات الطرفية لدرجات الحرارة إكسبريس Gr28b.d16 أو الحمى21, بينما المحيط مستقبلات الباردة تميزت بريفيدو14. في الدماغ، ودرجة الحرارة تتم معالجتها بواسطة الخلايا العصبية معربا عن TrpA115. الدراسات السلوكية على طفرات من هذه المسارات هي تحسين فهمنا لكيفية معالجة الحرارة وإعطاء رؤى في الآليات التي تختلف بين السكان المورفولوجية من مناطق مختلفة.
هنا يصف لنا ساحة التحكم في درجة الحرارة التي تنتج التغيرات في درجات الحرارة بسرعة ودقة. يمكن برنامج المحققين قبل هذه التغييرات، مما يسمح للتلاعب درجة حرارة موحدة وقابلة للتكرار دون تدخل بشري. الذباب وتسجل وتتبع مع البرمجيات المتخصصة لتحديد موقفها والسرعة في مراحل مختلفة من تجربة. قياس الرئيسية المعروضة في هذا البروتوكول هو سرعة المشي في درجات حرارة مختلفة، لأنها ذات صلة إيكولوجيا مؤشر الأداء الفسيولوجية التي يمكن التعرف على التكيف الحراري الفردية5. يمكن أن تساعد هذه التقنية جنبا إلى جنب مع طفرات مستقبلات الحرارة، تكشف عن آليات التكيف الحراري على المستويين الخلوي والكيمياء الحيوية.
Protocol
Representative Results
Discussion
هنا وقد قدمنا إليه التحكم في درجة الحرارة ساحة (الشكل 1) التي تنتج التغيرات في درجة الحرارة دقيقة في الزمان والمكان. يسمح هذا الأسلوب بالتعرض للفرد المورفولوجية لزيادات تدريجية مبرمجة مسبقاً لدرجة الحرارة (الشكل 2 و الشكل 3)، بل أيضا لدر?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
هذا العمل وأيده في الجزء على منحة دراسية من برنامج علم الأعصاب المعرفي من جامعة غروننغن ومنحة الدراسات عليا من ذ Consejo ناسيونال دي العلوم التكنولوجيا (المجلس الوطني) من المكسيك، والسلوكية الممنوحة إلى أندريا باديلا سوتو، ومنحة من مؤسسة جون تمبلتون لدراسة الوقت الممنوح لأن ريخن van هيدريك وجان-كريستوف بيليتير. نحن ممتنون أيضا لبيتر غيريت بوسما لمشاركته في تطوير المقتفي فليستيبس .
يمكن الاطلاع على النصوص تيمبيراتوريفاسيس، وفليستيبس، و فليستيباناليسيس كمعلومات تكميلية، وفي الرابط التالي مؤقتة والمتاحة للجمهور:
https://dataverse.nl/privateurl.xhtml?token=c70159ad-4d92-443d-8946-974140d2cb78
Materials
| Arduino Due | Arduino | A000062 | Software RUG |
| Electronics Board | Ruijsink Dynamic Engineering | FF-Main-02-2014 | |
| Power supply Boost | XP-Power 48. V 65 W | ECS65US48 | Set to 53 Volt |
| Power supply Tile Heating | XP-Power 15. V 80 W | VFT80US15 | |
| Power supply Cooling | XP-Power 15. V 130 W | ECS130U515 | |
| Peltier elements | Marlow Industries | RC12-4 | 2 Elements, controlled DC feed |
| Heat sink | Fisher Technik | LA 9/150-230V | Decoupled for vibration |
| Temperature sensors | Measurement Specialties | MCD_10K3MCD1 | Micro Thermistor Probe |
| Copper block/tiles | Ruijsink Dynamic Engineering | FF-CB-01-2014 | |
| Auminum ring | Ruijsink Dynamic Engineering | FF-RoF-02-2015 | |
| Tesa 4104 white tape 25 x 66 mm | RS Components | 111-2300 | White conductive tape |
| Red LEDs | Lucky Ligt | ll-583vc2c-v1-4da | Wavelength between 625 nm, 20 mAmp and 6 V |
| Warm white LED strip | Ledstripkoning | HQ-3528-SMD | 60 LEDs per meter |
| Switch Power Supply | Generic | T-36-12 | |
| Logitech c920 | Logitech Europe S.A | PN960-001055 | |
| QuickTime Player | Apple Computer | Recording program | |
| Tracking analysis software | R | Packages: pacman | |
| Tracking analysis software | MATLAB | ||
| Thermal Imaging | FLIR T400sc | ||
| Graphs and Statisticts Software | Graph Pad Prism | ||
| Sigmacote | Sigma-Aldrich | SL2-100ML | Siliconising agent |
| Fly rearing bottles | Flystuff | 32-130 | 6oz Drosophila stock bottle |
| Flypad | Flystuff | 59-114 | |
| 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% |
References
- Abram, P. K., Boivin, G., Moiroux, J., Brodeur, J. Behavioural effects of temperature on ectothermic animals unifying thermal physiology and behavioural plasticity. bioRxiv. , (2016).
- Rajpurohit, S., Schmidt, P. S. Measuring thermal behavior in smaller insects: A case study in Drosophila melanogaster demonstrates effects of sex, geographic origin, and rearing temperature on adult behavior. Fly. 10 (4), 149-161 (2016).
- Jezovit, J. A., Levine, J. D., Schneider, J. Phylogeny environment and sexual communication across the Drosophila genus. The Journal of Experimental Biology. 220 (1), 42-52 (2017).
- Sinclair, B. J., Williams, C. M., Terblanche, J. S. Variation in Thermal Performance among Insect Populations. Physiological and Biochemical Zoology. 85 (6), 594-606 (2012).
- Gibert, P., Huey, R., Gilchrist, G. Locomotor performance of Drosophila melanogaster: Interactions among developmental and adult temperautures, age, and geography. Evolution. 55 (1), 205-209 (2001).
- Trotta, V., et al. Thermal plasticity in Drosophila melanogaster: A comparison of geographic populations. BMC Evolutionary Biology. 6, 1-13 (2006).
- Klepsatel, P., Gálikova, M., De Maio, N., Huber, C. D., Christian, S., Flatt, T. Variation in thermal performance and reaction norms among populations of Drosophila melanogaster. Evolution. 67 (12), 3573-3587 (2013).
- Latimer, C. A. L., Wilson, R. S., Chenoweth, S. F. Quantitative genetic variation for thermal performance curves within and among natural populations of Drosophila serrata. Journal of Evolutionary Biology. 24, 965-975 (2011).
- Chen, J., Nolte, V., Schlotterer, C. Temperature-related reaction norms of gene expression: Regulatory architecture and functional implications. Molecular Biology and Evolution. , (2015).
- Kellermann, V., Overgaard, J., Hoffmann, A. A., Flojgaard, C., Svenning, J. -. C., Loeschcke, V. Upper thermal limits of Drosophila are linked to species distributions and strongly constrained phylogenetically. Proceedings of the National Academy of Sciences. 109 (40), 16228-16233 (2012).
- Andersen, J. L., Manenti, T., Sørensen, J. G., Macmillan, H. A., Loeschcke, V., Overgaard, J. How to assess Drosophila cold tolerance: Chill coma temperature and lower lethal temperature are the best predictors of cold distribution limits. Functional Ecology. 29 (1), 55-65 (2015).
- Krstevska, B., Hoffmann, A. A. The effects of acclimation and rearing conditions on the response of tropical and temperate populations of Drosophila melanogaster and D. simulans to a temperature gradient (Diptera: Drosophilidae). Journal of Insect Behavior. 7 (3), 279-288 (1994).
- Frank, D. D., Jouandet, G. C., Kearney, P. J., Macpherson, L. J., Gallio, M. Temperature representation in the Drosophila brain. Nature. 519 (7543), 358-361 (2015).
- Gallio, M., Ofstad, T. A., Macpherson, L. J., Wang, J. W., Zuker, C. S. The coding of temperature in the Drosophila brain. Cell. 144 (4), 614-624 (2011).
- Hamada, F. N., et al. An internal thermal sensor controlling temperature preference in Drosophila. Nature. 454 (7201), 217-220 (2008).
- Ni, L., et al. A gustatory receptor paralogue controls rapid warmth avoidance in Drosophila. Nature. 500 (7464), 580-584 (2013).
- Liu, W. W., Mazor, O., Wilson, R. I. Thermosensory processing in the Drosophila brain. Nature. 519 (7543), 353-357 (2015).
- Neely, G. G., et al. TrpA1 Regulates Thermal Nociception in Drosophila. Public Library of Science ONE. 6 (8), e24343 (2011).
- Zhong, L., et al. Thermosensory and non-thermosensory isoforms of Drosophila melanogaster TRPA1 reveal heat sensor domains of a thermoTRP channel. Cell Reports. 1 (1), 43-55 (2012).
- Barbagallo, B., Garrity, P. A. Temperature sensation in Drosophila. Current Opinion in Neurobiology. 34, 8-13 (2015).
- Tang, X., Platt, M. D., Lagnese, C. M., Leslie, J. R., Hamada, F. N. Temperature integration at the AC thermosensory neurons in Drosophila. Journal of Neuroscience. 33 (3), 894-901 (2013).
- Petavy, G., David, J. R., Gibert, P., Moreteau, B. Viability and rate of development at different temperatures in Drosophila: A comparison of constant and alternating thermal regimes. Journal of Thermal Biology. 26 (1), 29-39 (2001).
- Diegelmann, S., Zars, M., Zars, T. Genetic dissociation of acquisition and memory strength in the heat-box spatial learning paradigm in Drosophila. Learning & Memory. 13 (1), 72-83 (2006).
- Zars, M., Zars, T. High and low temperatures have unequal reinforcing properties in Drosophila spatial learning. Journal of Comparative Physiology A: Neuroethology, Sensory, Neural, and Behavioral Physiology. 192 (7), 727-735 (2006).
- Zars, T., Wolf, R., Davis, R., Heisenberg, M. Tissue-specific expression of a type I adenylyl cyclase rescues the rutabaga mutant memory defect: in search of the engram. Learning & Memory. 7 (1), 18-31 (2000).
- Jones, M. A., Grotewiel, M. Drosophila as a model for age-related impairment in locomotor and other behaviors. Experimental Brain Research. 46 (5), 320-325 (2011).
