Un método para probar el efecto de las señales ambientales sobre el comportamiento de apareamiento en<em> Drosophila melanogaster</em
Summary
Se demuestra un ensayo para analizar las señales ambientales y genéticas que influyen en el comportamiento de apareamiento en la mosca de la fruta Drosophila melanogaster .
Abstract
El impulso sexual de un individuo está influenciado por el genotipo, la experiencia y las condiciones ambientales. Cómo estos factores interactúan para modular comportamientos sexuales sigue siendo mal entendido. En Drosophila melanogaster , las señales ambientales, como la disponibilidad de alimentos, afectan la actividad de apareamiento, ofreciendo un sistema manejable para investigar los mecanismos que modulan el comportamiento sexual. En D. melanogaster , las señales ambientales a menudo se perciben a través de los sistemas gustativo y olfativo quimiosensoriales. Aquí, presentamos un método para probar el efecto de las señales químicas ambientales en el comportamiento de apareamiento. El ensayo consiste en una pequeña arena de apareamiento que contiene medio de alimento y una pareja de apareamiento. La frecuencia de apareamiento para cada pareja se controla continuamente durante 24 h. Aquí presentamos la aplicabilidad de este ensayo para probar compuestos ambientales de una fuente externa a través de un sistema de aire presurizado, así como la manipulación de los componentes ambientales directamente en el campo de apareamiento. El uDe un sistema de aire a presión es especialmente útil para probar el efecto de compuestos muy volátiles, mientras que la manipulación de componentes directamente en el campo de acoplamiento puede ser de valor para determinar la presencia de un compuesto. Este ensayo puede adaptarse para responder a preguntas sobre la influencia de las señales genéticas y ambientales en el comportamiento de apareamiento y la fecundidad, así como otros comportamientos reproductivos masculinos y femeninos.
Introduction
Los comportamientos reproductivos suelen tener altos costos de energía, especialmente para las hembras, que producen gametos más grandes que los machos y deben escoger cuidadosamente las condiciones para criar a sus descendientes en desarrollo. Debido al costo energético, no es de extrañar que la reproducción esté relacionada con las condiciones nutricionales. Esto es cierto en la mayoría de los animales, incluso en los mamíferos, cuya pubertad puede ser retardada por la desnutrición y cuyo impulso sexual puede verse afectado negativamente por la restricción de los alimentos 1 .
La reproducción del organismo genético modelo Drosophila melanogaster también se ve afectada por las condiciones nutricionales. Los varones corte en el nivel más alto en la presencia de los volátiles del alimento 2 , y las hembras son sexualmente más receptivas en presencia de la levadura, un nutriente importante para la producción del huevo y la supervivencia de la descendencia 3 , 4 , 5 . EstaLa respuesta reproductiva evolutiva conservada a los alimentos ofrece la oportunidad de estudiar mecanismos que conectan la disponibilidad de alimentos ambientales a la reproducción sexual en un organismo geneticamente manejable y eficiente en el tiempo. De hecho, el trabajo en D. melanogaster ha implicado la vía de la insulina como un importante regulador de la conexión entre la comida y el comportamiento de acoplamiento [ 6] . También ha demostrado que el acto de apareamiento a sí mismo cambia la preferencia alimentaria de las hembras, así como las neuronas quimiosensoriales asociadas 7 , 8 , 9 .
Está claro que las señales alimentarias afectan los comportamientos reproductivos en D. melanogaster . Estos efectos parecen afectar principalmente a las hembras, específicamente a las que ya se han apareado 5 . Sin embargo, para probar estos efectos agudos de las condiciones ambientales, el ensayo clásicamente utilizado para el comportamiento de apareamiento femenino podríaNo ser muy adecuado debido a las largas interrupciones entre los episodios de apareamiento. En el clásico ensayo de remate, una hembra virgen se aparea primero con un macho, y se aísla inmediatamente y se presenta con un nuevo macho 24 a 48 h después. Este ensayo clásico se ha utilizado con gran éxito para identificar componentes del eyaculado masculino que modifican el comportamiento femenino y la respuesta femenina 12 , 13 , 14 , 15 , 16 , 17 , 18 . El ensayo de apareamiento continuo demostrado aquí es, por lo tanto, una adición a los ensayos de apareamiento clásicos que pueden usarse para estudiar el efecto agudo de las condiciones ambientales en los comportamientos reproductivos.
Utilizando el ensayo continuo para el comportamiento de apareamiento que se explica aquí, hemos demostrado previamente que un par de moscas expuestas a la levadura remate sCada vez durante un período de observación de 24 h 5 , 19 , 20 , 21 , mientras que las moscas no expuestas a los alimentos sólo remate una vez 5 . Este hallazgo puede ser desconcertante a la luz de una gran parte de la literatura de D. melanogaster que indica que las hembras no remate durante varios días después de un apareamiento inicial (revisado en las referencias 10 , 11 ). Sin embargo, esta discrepancia puede ser fácilmente explicada por condiciones de ensayo, donde una hembra se aísla de uno a varios días antes de que se proporcione una nueva oportunidad de apareamiento. Si la pareja no se aparea en este período de observación de una hora, la hembra se caracteriza por no ser receptiva. Por otra parte, la alta frecuencia de apareamiento no debe ser sorprendente, dado que los datos de las moscas capturadas en el medio silvestre muestran que las hembras contienen espermatozoides de 4 a 6 machos en sus órganos de almacenamiento; Por lo tanto enIndicando que las hembras naturalmente remate varias veces 22 , 23 .
Aquí, demostrar el uso de este ensayo de apareamiento continuo para desentrañar cómo las moscas recopilar y combinar la información sobre las condiciones ambientales para modular la frecuencia de apareamiento. Este ensayo permite probar un número relativamente grande de parejas de apareamiento para estudios genéticos y probar la influencia de señales ambientales volátiles y no volátiles. El ensayo típicamente dura 24 h, pero se puede extender hasta 48 h, permitiendo la prueba de ciclos ambientales como el ciclo luz-oscuridad (LD). Demostramos este ensayo mediante la prueba de la influencia de las señales volátiles de un cultivo de levadura dentro de un sistema de aire presurizado en combinación con la disponibilidad de nutrientes no volátiles de levadura en el sustrato de alimentos.
El sistema de aire presurizado bombea continuamente señales volátiles en una arena de acoplamiento que contienenUn sustrato alimenticio y una pareja de prueba (cuyo comportamiento de apareamiento es controlado). Para determinar adicionalmente las especificidades a través de las cuales la levadura influye en el apareamiento, probamos un compuesto volátil principal de levadura, a saber ácido acético 24 , en combinación con un contenido de aminoácidos que corresponde al de la levadura en el sustrato alimenticio, en forma de peptona Ácidos derivados de la digestión enzimática de proteínas animales). Juntos estos experimentos demuestran cómo el efecto de señales ambientales en el comportamiento de apareamiento de D. melanogaster puede ser probado con este ensayo.
Protocol
Representative Results
Discussion
Este protocolo describe un ensayo para probar el comportamiento de apareamiento durante 24 horas mientras se controlan continuamente las señales ambientales que se supone que una pareja conjugada usa para determinar la frecuencia de apareamiento. Es posible aumentar la frecuencia de apareamiento en respuesta al aire de levadura suministrado a través de un sistema de aire presurizado cuando el medio contiene levadura también ( Figura 2B ). Además, se puede observar una respuesta similar en la frecuen…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Damos las gracias al Bloomington Drosophila Stock Center para las acciones de la mosca; C. Gahr, JT Alkema y S. van Hasselt por su temprano intento de desarrollar el ensayo de aire presurizado; Jasper Bosman por el consejo sobre cultivar levadura; Y Rezza Azanchi y Joel Levine por haber desarrollado originalmente el monitoreo de lapso de tiempo del comportamiento de apareamiento de Drosophila . JA Gorter recibió el apoyo de una Beca del Programa de Posgrado BCN / NWO de la Escuela de Investigación Neurocientífica. Este trabajo fue apoyado en parte por la organización holandesa para la investigación científica (NWO) (referencia: 821.02.020) a 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 |
Referências
- 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).
