Bedingungen, die sozialen Raum, in<em> Drosophila melanogaster</em
Summary
The effect of genes and environment on social space of Drosophila melanogaster can be quantified through a powerful but straightforward analytical paradigm. We show here different factors that can affect this social space, and thus need to be taken into consideration when designing experiments in this paradigm.
Abstract
Die hier beschriebene sozialen Raum Test kann verwendet werden, um soziale Interaktionen von Drosophila melanogaste r quantifizieren – oder andere kleine Insekten – auf einfache Weise. Wie wir früher gezeigt 1, in einem zweidimensionalen Raum, wir zuerst zwingen die entfernt, um eine feste Gruppe zu bilden, anschließend so ihre bevorzugte Abstand voneinander einnehmen. Nachdem die Fliegen angesiedelt haben, messen wir den Abstand zum nächsten Nachbarn (oder sozialer Raum), die Verarbeitung ein statisches Bild mit kostenlosen Online-Software (ImageJ). Die Analyse der Abstand zum nächsten Nachbarn ermöglicht es den Forschern, die Auswirkungen der genetischen und Umweltfaktoren auf die soziale Interaktion zu bestimmen, bei der Kontrolle für potenzielle Störfaktoren. Diverse Faktoren wie Steigfähigkeit, Tageszeit, Geschlecht und Anzahl der Fliegen, können soziale Abstand von Fliegen zu ändern. Wir schlagen daher vor, eine Reihe von experimentellen Kontrollen, diese verwirrende Auswirkungen zu mildern. Dieser Test kannfür wenigstens zwei Zwecke verwendet werden. Erstens können die Forscher bestimmen, wie ihre Lieblingsklimaverschiebung (wie Isolation, Temperatur, Spannung oder Toxine) werden soziale Abstand 1,2 auswirken. Zweitens können die Forscher die genetischen und neuronalen Grundlagen von dieser Grundform des Sozialverhaltens 1,3 zu sezieren. Insbesondere haben wir es als ein diagnostisches Werkzeug, um die Rolle von orthologen Genen vermutlich im Sozialverhalten in anderen Organismen, wie zum Beispiel Kandidatengene für Autismus bei Menschen 4 einbezogen werden studieren.
Introduction
Soziale Interaktionen sind entscheidend für die richtige Entwicklung und Gesundheit von Personen innerhalb einer Gruppe als Ganzes, und kann auf zahlreiche Arten von Menschen (Homo sapiens) zu einfacheren Organismen wie Fruchtfliegen (Drosophila melanogaster) 5,6 beobachtet werden. Akustische, visuelle, Geruchs-, Tast- oder gustation: Eine individuelle Fruchtfliege oder Mensch haben gemeinsame Mittel zur sensorischen Informationen, die während dieser Interaktionen, sei es zu verarbeiten. Wir und andere Hypothese ist, dass es ein möglicherweise freigegebenen neurocircuitry Basiswert Verhaltensreaktionen auf soziale Interaktionen, und dass die neuronalen Zellen und Genen beteiligt sein könnten evolutionär konservierten 7. Sobald die erste Wechselwirkung stattgefunden hat, wird die soziale Raum zwischen den interagierenden Individuen entweder erhöhen (soziale Vermeidung 8) oder verringern (Gruppenbildung / Aggregation 5). Komplizierter Wechselwirkungen, wie Aggression oder Balz, kann dann.
<p class = "jove_content"> Weder anspruchsvolle Werkzeuge und Methoden, noch große Investitionen in Zeit und Training sind erforderlich, um diese einfache Form der Sozialverhalten zu quantifizieren, so dass es ein leistungsstarkes analytisches Werkzeug. Hier erläutern wir eine einfache Protokoll, das inter-fly Entfernung oder sozialen Raum quantifiziert, um die soziale Interaktion in stabilen Gruppen von Drosophila melanogaster zu bewerten, wie in den folgenden Studien 1-4,9 verwendet. Sozialraum bezieht sich auf ein Maß für die Entfernung zwischen einer Fliege und seine nächsten Nachbarn 10. Sozialen Raum ist konsistent für eine bestimmte Population von D. melanogaster als Versuchsbedingungen werden beibehalten (durchschnittlich etwa in 1-2 Körperlängen) und variiert in Bezug auf die soziale Erfahrung der Fliegen und erhöht, wenn das Individuum isoliert 1 gehalten. Proper Vision ist es notwendig, normale soziale Distanz zu halten, aber nicht klassische Riechstoffe bzw. CVA Wahrnehmung 1. Maß der sozialen Raum kann somitals diagnostisches Werkzeug, um soziale Interaktionen zu analysieren und zu quantifizieren, das soziale Verhalten in D. verwendet melanogaster 1. Wir beschreiben hier in Einzelheiten, wie Sie diese Quantifizierung durchzuführen, und in welchem Umfang gemeinsame experimentelle Variablen beeinflussen dieses Verhalten.Wir zeigen, dass die Ausrichtung der Kammer, in der der Test durchgeführt wird, sowie die Anzahl der Fliegen – in einem Ausmaß – zu tun beeinflusst sozialen Raum. Es wurde bereits gezeigt, dass die Kammergeometrie wirkt sich spontan explorativen Bewegung Fliegen 11,12, und dieses Phänomen kann letztendlich auswirken, wo sie sich niederlassen wollen. Doch solange die Flugdichte (fly / cm 2) und Kammer Orientierung gleich gehalten wird, bleibt auch der soziale Raum der Fliegen konstant. Die Robustheit dieses Tests wird durch die Tatsache, dass unabhängige Laboratorien mit unterschiedlichen Kammergrößen, die Form und Orientierung kann das Ergebnis durch Mutanten des wh angezeigt replizieren illustriertite-Gen (betrifft Auge Pigmentierung), was einer Steigerung sozialer Raum ist (vertikale Dreieck oder Horizontalkreis in 1, horizontal Platz mit Luftstrom in 3).
Unsere Ergebnisse zeigen auch, dass die Aufrechterhaltung der Zeitpunkt, zu dem der soziale Raum-Experiment durchgeführt wird ist entscheidend für die Konsistenz der Ergebnisse, wie wir zeigen, dass Männer, nicht aber Frauen, weiter auseinander in den Abendstunden gibt. Die Unterschiede zwischen Tages- und Abendstunden zu sehen sind jedoch nicht aufgrund von Aktivitätsunterschiede der Fliegen, und wir Argumente angibt, dass die Aktivitätsniveaus nicht mit sozialen Raum korreliert zu diskutieren.
Schließlich gibt es genetischen Grundlagen für die Bestimmung des sozialen Raums, wie sie in der weißen Mutante angegebenen bereits beschriebenen 1,3, und die Unterschiede zwischen verschiedenen Inzucht und wild gefangenen Stämme von Fliegen, die wir hier präsentieren.
Daher macht dieser Test ein ausgezeichnetes Werkzeug foder die Untersuchung der Auswirkungen von genetischen als auch Umweltfaktoren.
Protocol
Representative Results
Discussion
In diesem Protokoll wurde ein detailliertes Verfahren für die Quantifizierung von sozialen Raum beschrieben. Einige wichtige Schritte, um das Experiment zu gewährleisten erfolgreich sind: 1) immer Schutzhandschuhe verwenden bei der Reinigung und die Einrichtung der Vorrichtung, die eigenen Öle und Düfte aus der Innenkammer der Vorrichtung zu halten, 2) sicherzustellen, Fliegen werden mindestens einen Tag gesammelt, bevor das Experiment damit die möglichen Auswirkungen von kaltem Narkose zu verringern, 3) 2 h vor de…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
The authors want to thank Dr. Tadmiri Venkatesh for his encouragement to prepare this manuscript, Dova Brenman and Selwyn Chui for their constructive comments, Elyssa Burg and Wayne Rasband for designing the macro in ImageJ for all interfly distances and for nearest neighbor distances. The authors also want to thank the reviewers for their constructive comments.
A.A.A, M.C.C. and A.F.S were responsible for research design; S.N.J., A.A.A, M.N., Z.R., and A.J.M. performed the experiments. A.A.A, M.N., A.J.M. and M.C.C and A.F.S. analyzed the data; A.R.M. and A.F.S. wrote the manuscript.
This work was supported by PSC-CUNY research awards, jointly funded by The Professional Staff Congress and The City University of New York to A.F.S.; by internal funding from Western University to A.F.S.; by a Mathematics, Biology, Chemistry, and Geology majors scholarship for teachers-in-training and by a Louis Stokes Alliance for Minority Participation scholarship to A.A.A.
Materials
| Stereo Zoom Microscope | Nikon | SMZ-645 | Any other standard scope for fly handling would work |
| Small paint brushes | for pushing flies | ||
| Jazz-mix | Fisher | 33545 | any other standard drosophila food would work |
| Mini-Alarm Timer/Stopwatch | |||
| Sharpie pens | |||
| Adhesive Tape | |||
| Medium size binder clips | Staples | to hold the chambers together: 1-1/4" (32mm) medium clips with 5/8" capacity | |
| small SupportStands | Carolina | 707161 | to hold the chambers in a vertical orientation |
| Buret clamps | Carolina | 707362 | |
| Digital Camera | Nikon | Coolpix S8000 | to take the still pictures |
| small ruler | to be able to scale the picture | ||
| trifold board and white bench cover | to provide a white background, and a homogeneous light. | ||
| pounding pad | any mouse pad works. | ||
| Prism 6 | GraphPad Software Inc. | Prism 6 for Mac OS X | Any statistical analysis software with t-test, one-way and two ANOVA would work |
References
- Simon, A. F., et al. A simple assay to study social behavior in Drosophila.: measurement of social space within a group. Genes Brain Behav. 11, 243-252 (2012).
- Kaur, K., Simon, A. F., Chauhan, V., Chauhan, A. Effect of bisphenol A on the behavior of Drosophila melanogaster. – Potential use of Drosophila as a model in the study of neurodevelopmental disorders. Behavioural Brain Research. , (2015).
- Burg, E. D., Langan, S. T., Nash, H. A. Drosophila social clustering is disrupted by anesthetics and in narrow abdomen ion channel mutants. Genes Brain Behav. 12, 338-347 (2013).
- Wise, A., et al. The autism candidate gene Neurobeachin (Rugose) mutants in Drosophila exhibit neuro-developmental disorders, aberrant synaptic properties, altered locomotion, impaired adult social behavior and activity patterns. J Neurosci. , 1-9 (2015).
- Parrish, J. K., Edelstein-Keshet, L. Complexity, pattern, and evolutionary trade-offs in animal aggregation. Science. 284, 99-101 (1999).
- Sokolowski, M. B. Social interactions in ‘‘simple’’ model systems. Neuron. 65, 780-794 (2010).
- Rittschof, C. C., Robinson, G. E. Genomics: moving behavioural ecology beyond the phenotypic gambit. Animal Behaviour. 92, 263-270 (2014).
- Fernandez, R. W., et al. Straightforward assay for quantification of social avoidance in Drosophila melanogaster. JoVE. (94), e52011 (2014).
- Hahn, N., et al. Monogenic heritable autism gene neuroligin impacts Drosophila. social behaviour. Behav Brain Res. 252, 450-457 (2013).
- Mogilner, A., Edelstein-Keshet, L., Bent, L., Spiros, A. Mutual interactions, potentials, and individual distance in a social aggregation. J Math Biol. 47, 353-389 (2003).
- Liu, L., Davis, R. L., Roman, G. Exploratory activity in Drosophila requires the kurtz nonvisual arrestin. Genetics. 175, 1197-1212 (2007).
- Soibam, B., et al. Open-field arena boundary is a primary object of exploration for Drosophila. Brain Behav. 2, 97-108 (2012).
- Ejima, A., Griffith, L. C. Ch. 30. Drosophila Neurobiology – A laboratory Manual., Ch. , 475-481 (2010).
- Benzer, S. Behavioral mutants of Drosophila melanogaster. isolated by countercurrent distribution. PNAS. 58, 1112-1119 (1967).
- Connolly, J. B., Tully, T., Roberts, D. B. Drosophila: A practical approach. 1, 265-317 (1998).
- Simon, A. F., Shih, C., Mack, A., Benzer, S. Steroid control of longevity in Drosophila melanogaster. Science. 299, 1407-1410 (2003).
- Rasband, W. S. . ImageJ. , (1997).
- Simon, A. F., et al. Drosophila, vesicular monoamine transporter mutants can adapt to reduced or eliminated vesicular stores of dopamine and serotonin. Genetics. 181, 525-541 (2009).
- Barone, M. C., Bohmann, D. Assessing neurodegenerative phenotypes in Drosophila .dopaminergic neurons by climbing assays and whole brain immunostaining. JoVE. (74), e50339 (2013).
- Ali, Y. O., Escala, W., Ruan, K., Zhai, R. G. Assaying locomotor, learning, and memory deficits in Drosophila. models of neurodegeneration. JoVE. , e2504 (2011).
- Gargano, J. W., Martin, I., Bhandari, P., Grotewiel, M. S. Rapid iterative negative geotaxis (RING): a new method for assessing age-related locomotor decline in Drosophila. Exp Gerontol. 40, 386-395 (2005).
- Simon, A. F., Liang, D. T., Krantz, D. E. Differential decline in behavioral performance of Drosophila melanogaster. with age. Mech Ageing Dev. 127, 647-650 (2006).
- Khalil, S., Jacobson, E., Chambers, M. C., Lazzaro, B. P. Systemic bacterial infection and immune defense phenotypes in Drosophila melanogaster. JoVE. , (2015).
- Fernandez, R. W., Akinleye, A. A., Nurilov, M., Rouzyi, Z., Simon, A. F. . , (2013).
- Suh, G. S. B., et al. A single population of olfactory sensory neurons mediates an innate avoidance behaviour in Drosophila. Nature. 431, 854-859 (2004).
- Helfrich-Förster, C. Differential control of morning and evening components in the activity rhythm of Drosophila melanogaster.–Sex-specific differences suggest a different quality of activity. J. Biol. Rhythms. 15, 135-154 (2000).
- Fujii, S., Krishnan, P., Hardin, P. E., Amrein, H. Nocturnal male sex drive in Drosophila. Curr Biol. 17, 244-251 (2007).
- Pellegrino, A. C., et al. Weather forecasting by insects: modified sexual behaviour in response to atmospheric pressure changes. PLoS One. 8, e75004 (2013).
