초파리 애벌레 광택시 분석을 위한 빛 스팟 기반 분석
Summary
이 프로토콜은 초파리 애벌레 광전술 행동을 조사하기 위해 빛 점 분석기를 소개합니다. 이 분석에서, 광 반점은 빛 자극으로 생성되고, 애벌레 광 회피의 과정은 적외선 광 기지를 둔 화상 진찰 시스템에 의해 기록됩니다.
Abstract
Drosophila melanogaster의 애벌레는 포식 단계 도중 명백한 빛 회피 행동을 보여줍니다. Drosophila 애벌레 광택시는 동물 회피 행동을 연구하는 모형으로 이용될 수 있습니다. 이 프로토콜은 애벌레 광전술 행동을 조사하기 위해 빛 점 분석기를 소개합니다. 실험 설정에는 광 점을 생성하는 시각적 자극 시스템과 애벌레 광 회피 과정을 기록하는 적외선 기반 이미징 시스템의 두 가지 주요 부분이 포함됩니다. 이 분석법은 진입 전, 발생 중, 광등 지점을 떠난 후 유충의 행동을 추적 할 수 있습니다. 감속, 일시 정지, 헤드 캐스팅 및 선삭을 포함한 애벌레 운동의 세부 사항을 캡처하고 이 방법을 사용하여 분석할 수 있습니다.
Introduction
Drosophila melanogaster의 애벌레는 포식 단계 도중 명백한 빛 회피 행동을 보여줍니다. Drosophila 애벌레 광택시는 특히 지난 50 년 동안 조사를 받고있다1,2,3,4,5,6,7 ,8. 최근 몇 년 동안, 사실에도 불구하고 1) 애벌레 빛 회피를 중재하는 많은 뉴런이4,5,9,10,11,12로 확인되었다. 및 2) 시냅스의 해상도에서 애벌레 시각 시스템의 완전한 커넥톰이13개확립되었으며, 애벌레 광택시의 근본적인 신경 메커니즘은 크게 불분명합니다.
행동 애벌레 포토택시를 공부에 행동 애시스의 숫자가 사용되었습니다. 공간 광 그라데이션과 시간적 광 그라데이션을 포함하는 다른 클래스의 두 클래스로 크게 나눌 수 있습니다. 공간 광 그라데이션 검정의 경우, 경기장은 빛과 어둠의 동일한 수의 섹션으로 나뉩니다. 경기장은 빛과 어두운 반으로 나눌 수 있습니다2,4 또는 빛과 어두운 사분면14,15,또는 심지어 바둑판7에같은 대체 빛과 어두운 사각형으로 분리 될 수있다. 일반적으로, 한천 플레이트는 공간 광 그라데이션 분석에 사용되지만, 대체 빛과 어두운 섹션으로 분할튜브도10,14를사용할 수 있습니다.
이전 버전의 어설션에서는, 빛 조명은 일반적으로 애벌레 의 밑에 에서 유래합니다. 그러나, 최신 버전의 조명은 주로 위에서 유래, 애벌레 눈 때문에 (예를 들어, 낮은 또는 중간 빛 강도에 민감한 볼비그의 기관16)불투명 한 세팔로 파 하 인 인 균 골격을 향해 구멍 앞위쪽에 있습니다. 이것은 애벌레가 방향7뒤에서 보다 위 정면 방향에서 빛에 더 민감하게 만듭니다. 시간적 광 그라데이션 어시스의 경우 광강도는 경기장에서 공간적으로 균일하지만 시간이 지남에 따라 강도가 변경됩니다. 시간제 사각 파광(즉, 켜기/끄기 또는 강/약한 빛3,7)외에, 강도의 선형 램프에 부합하는 시간적으로 다양한 빛은8을 사용하여 애벌레의 감도를 측정하는 데 사용됩니다. 일시적으로 변화하는 빛 자극.
포토택시 분석의 세 번째 유형은 45 °7의각도로 위에서 조명을 포함하는 방향 광 스케이프 탐색입니다. Kane et al.7의작업 전에는 밝고 어두운 지역에서 유충의 수, 선회 빈도 및 트레일 길이와 같은 거친 매개 변수만 애벌레 광과대 검정법으로 계산되었습니다. 이 같은 그룹의 작업 이후, 애벌레 광택시에 대한 높은 시간 해상도 비디오 기록의 분석, 광택시 동안 애벌레 운동의 상세한 역학 (즉, 애벌레 몸의 다른 부분의 즉각적인 속도, 방향 방향, 선회 각도 및 해당 각도 속도)는7. 따라서, 애벌레 광택시 행동의 자세한 내용은 발견 될 수있다. 이 실험에서, 애벌레는 그룹 효력이 제외되지 않도록 단에서 시험됩니다.
이 프로토콜은 개별 적인 빛 자극에 애벌레 행동 반응의 조사를 위한 가벼운 반점 분석기를 소개합니다. 주요 실험 설정은 시각 자극 시스템과 적외선 기반 이미징 시스템으로 구성됩니다. 시각 자극 시스템에서 LED 광원은 한천 판에 둥근 2cm 직경의 광점을 생성하여 유충을 테스트합니다. LED 드라이버를 사용하여 조명 강도를 조정할 수 있습니다. 이미징 시스템에는 카메라에 조명을 제공하는 3개의 850nm 적외선 LED 외에 유충의 거동을 포착하는 적외선 카메라가 포함되어 있습니다. 카메라의 렌즈는 850 nm 밴드 패스 필터로 덮여 있어 시각 자극 시스템의 빛이 카메라에 들어오는 것을 차단하고 적외선은 카메라에 들어갈 수 있습니다. 따라서 이미징에 대한 시각적 자극의 간섭을 방지합니다. 이 분석에서는 빛을 입력하기 전, 도중 및 입력 한 후를 포함하여 기간 내에 개별 애벌레의 빠른 반응의 행동 세부 사항이 기록되고 분석됩니다.
Protocol
Representative Results
Discussion
이 프로토콜은 빛에서 탈출하는 Drosophila 애벌레의 능력을 테스트하는 빛 반점 분석실험을 제시한다. 이 분석법은 진입 전, 발생 중, 그리고 가벼운 지점을 떠난 후 유충의 행동을 추적 할 수 있습니다. 애벌레 운동의 세부 사항을 캡처하고 분석 할 수 있습니다. 가벼운 점 분석법은 매우 간단하고 강한 실용성을 가지고 있습니다. 전체 장치의 비용이 높지 않습니다. 실험에서 LED 광은 광원으?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
이 작품은 중국의 자연 과학 재단 (31671074)과 절강 성 대학에 대한 기본 연구 기금 (2019XZZX003-12)에 의해 지원됩니다.
Materials
| 850 nm ± 3 nm infrared-light-generating LED | Thorlabs, USA | PM100A | Compatible Sensors: Photodiode and Thermal Optical Power Rangea: 100 pW to 200 W Available Sensor Wavelength Rangea: 185 nm-25 μm Display Refresh Rate: 20 Hz Bandwidtha: DC-100 kHz Photodiode Sensor Rangeb: 50 nA-5 mA Thermopile Sensor Rangeb: 1 mV-1 V |
| AC to DC converter | Thorlabs, USA | S120VC | Aperture Size: Ø9.5 mm Wavelength Range: 200-1100 nm Power Range: 50 nW-50 mW Detector Type: Si Photodiode (UV Extended) Linearity: ±0.5% Measurement Uncertaintyc: ±3% (440-980 nm), ±5% (280-439 nm), ±7% (200-279 nm, 981-1100 nm) |
| band-pass filter | Thorlabs, USA | DC2100 | LED Current Range: 0-2 A LED Current Resolution: 1 mA LED Current Accuracy: ±20 mA LED Forward Voltage: 24 V Modulation Frequency Range: 0-100 kHz Sine Wave Modulation: Arbitrary |
| Collimated LED blue light | ELP, China | USBFHD01M | Max. Resolution: 1920X1080 F6.0 mm Sensor: 1/2.7" CMOS OV2710 |
| Compact power meter console | Ocean Optics, USA | USB2000+(RAD) | Dimensions: 89.1 mm x 63.3 mm x 34.4 mm Weight: 190 g Detector: Sony ILX511B (2048-element linear silicon CCD array) Wavelength range: 200-850 nm Integration time: 1 ms – 65 seconds (20 seconds typical) Dynamic range: 8.5 x 10^7 (system); 1300:1 for a single acquisition Signal-to-noise ratio: 250:1 (full signal) Dark noise: 50 RMS counts Grating: 2 (250 – 800 nm) Slit: SLIT-50 Detector collection lens: L2 Order-sorting: OFLV-200-850 Optical resolution: ~2.0 nm FWHM Stray light: <0.05% at 600 nm; <0.10% at 435 nm Fiber optic connector: SMA 905 to 0.22 numerical aperture single-strand fiber |
| High-Power LED Driver | Minhongshi, China | MHS-48XY | Working voltage: DC12V Central wavelength: 850nm |
| high-resolution web camera | Thorlabs, USA | MWWHL4 | Color: Warm White Correlated Color Temperature: 3000 K Test Current for Typical LED Power: 1000 mA Maximum Current (CW): 1000 mA Bandwidth (FWHM): N/A Electrical Power: 3000 mW Viewing Angle (Full Angle): 120˚ Emitter Size: 1 mm x 1 mm Typical Lifetime: >50 000 h Operating Temperature (Non-Condensing): 0 to 40 °C Storage Temperature: -40 to 70 °C Risk Groupa: RG1 – Low Risk Group |
| LED Warm White | Mega-9, China | BP850/22K | Ø25.4(+0~-0.1) mm Bandwidth: 22±3nm Peak transmittance:80% Central wavelength: 850nm±3nm |
| Spectrometer | Noel Danjou | Amcap9.22 | AMCap is a still and video capture application with advanced preview and recording features. It is a Desktop application designed for computers running Windows 7 SP1 or later. Most Video-for-Windowsand DirectShow-compatible devices are supported whether they are cheap webcams or advanced video capture cards. |
| Standard photodiode power sensor | Super Dragon, China | YGY-122000 | Input: AC 100-240V~50/60Hz 0.8A Output: DC 12V 2A |
| Thermal power sensor | Thorlabs, USA | M470L3-C1 | Color: Blue Nominal Wavelengtha: 470 nm Bandwidth (FWHM): 25 nm Maximum Current (CW): 1000 mA Forward Voltage: 3.2 V Electrical Power (Max): 3200 mW Emitter Size: 1 mm x 1 mm Typical Lifetime: 100 000 h Operating Temperature (Non-Condensing): 0 to 40 °C Storage Temperature: -40 to 70 °C Risk Groupb: RG2 – Moderate Risk Group |
| Thermal power sensor | Thorlabs, USA | S401C | Wavelength range: 190 nm-20 μm Optical power range:10 μW-1 W(3 Wb) Input aperture size: Ø10 mm Active detector area: 10 mm x 10 mm Max optical power density: 500 W/cm2 (Avg.) Linearity: ±0.5% |
References
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