Met behulp van Single sensillum Opnemen op Olfactorische Neuron Reacties van bedwantsen te semiochemicaliën Detect
Summary
Bed bugs rely on olfactory receptor neurons housed in their antennal olfactory sensilla to detect semiochemicals in the environment. Utilizing single sensillum recording, we demonstrate a method to evaluate bed bug response to semiochemicals and explore the coding process involved.
Abstract
Het insect olfactorische systeem speelt een belangrijke rol bij het opsporen van feromonen in het milieu. Met name de antennaal sensilla die een of meerdere neuronen in het huis, worden beschouwd als de belangrijkste bijdrage in te spelen op de chemische stimuli te maken. Door direct opnemen actiepotentiaal in de olfactorische sensillum na blootstelling aan stimuli, enkele sensillum opname (SSR) techniek biedt een krachtige aanpak voor het onderzoeken van de neurale reacties van insecten chemische stimuli. Voor het bed bug, een notoire menselijke parasiet zijn meerdere soorten olfactorische sensillum gekarakteriseerd. In deze studie hebben we aangetoond neurale respons van bedinsect olfactorische sensilla twee chemische stimuli en de dosis-afhankelijke respons een van hen met de SSR methode. Deze aanpak maakt het mogelijk onderzoekers vroegtijdige screening uit te voeren voor afzonderlijke chemische stimuli op het bed bug olfactorische sensilla, die waardevolle informatie zou verschaffen voor de ontkeling van nieuwe bed bug lokstoffen of insectenwerende middelen en de voordelen van de bed bug controle-inspanningen.
Introduction
De gemeenschappelijke bed bug Cimex lectularius L (Hemiptera: Cimicidae), als tijdelijke ectoparasiet, is een verplicht bloedzuigende insecten, wat betekent dat hun overleving, ontwikkeling en voortplanting vereisen bloed bronnen van gastheren, met inbegrip van zowel mensen als dieren 1,2. Hoewel virusoverdracht is zelden gemeld als gevolg van C. lectularius, de bijtende overlast gegenereerd door een besmetting ernstig beïnvloedt gastheren zowel fysiek als psychisch 3. De invoering en wijdverbreide gebruik van chemische insecticiden, met name DDT, verminderde het risico van aantasting en tegen het einde van de jaren 1950 besmettingen waren zo laag dat ze niet langer een ernstige bezorgdheid. Echter, een aantal mogelijke factoren hebben tot opleving in bed bug populaties wereld, zoals het verminderde gebruik van insecticiden, een afname van het publiek, verhoogde reizen activiteit en de ontwikkeling van resistentie tegen insecticiden 4-9. </ p>
Chemische signalen in het milieu worden gedetecteerd en door insecten opgenomen via olfactorische organen zoals antennes en maxillaire palpen. De olfactorische sensilla op het insect antennes spelen een cruciale rol bij het opsporen van deze chemische signalen. De chemische moleculen voer de antennaal cuticula door de poriën aan de cuticula oppervlak. Geurstof bindende eiwitten in het antennaal lymfe binden aan deze chemische moleculen en transporteren naar de geurstof receptoren 10. De geurstof receptoren en hun co-receptor van de niet-selectieve kation ionkanaal de neurale membraan dat zodra deze chemische moleculen worden gedepolariseerd worden herkend door de geurstof receptoren 11.
Single sensillum opname (SSR) ontwikkeld om de extracellulaire verandering in de actiepotentiaal die uit de toepassing van hetzij chemische of niet-chemische stimuli detecteren. Door het inbrengen van een registratie-elektrode in de sensillum lymfe en een referentie-elektrodein een ander deel van het insect lichaam (gewoonlijk of de verbinding ogen of de buik), kan het vuren van de neuronen in reactie op stimuli worden geregistreerd 12. Veranderingen in het aantal pieken vertegenwoordigen de gevoeligheid van het insect op specifieke stimuli. Chemische stimuli van verschillende identiteiten en concentraties zullen uitlokken verschillende neurale respons, met verschillende bakken prijzen en temporale structuren, en kan dus worden gebruikt om het coderingsproces van het insect specifieke chemische onderzoeken.
Voor de gemeenschappelijke bed bug, zowel seksuele vormen delen hetzelfde patroon van olfactorische sensilla op de antennes: negen gegroefde peg C sensilla, 29 haar-achtige E (E1 en E2) sensilla, en één paar van elk van Dα, Dβ, Dγ vlotte pen sensilla 13,14. Zoals meerdere neuronen geïdentificeerd in elk type sensillen, is het niet eenvoudig om de actiepotentialen van verschillende neuronen zich in hetzelfde sensillen onderscheiden, zodat voor dit experiment de total aantallen actiepotentialen werden geteld off-line voor een msec periode voor en na stimulatie 500. Het aantal actiepotentialen na stimulatie werd vervolgens afgetrokken van het aantal actiepotentialen voor stimulatie en vermenigvuldigd met twee om de veranderingen in de vuursnelheid in elk afzonderlijk sensillum kwantificeren pieken per seconde 15.
Protocol
Representative Results
Discussion
De interne sensillum opnametechniek is uitgebreid gebruikt bij het testen van de neurale respons van insecten zoals fruitvliegen, muggen en bed bugs verschillende chemische stimuli in de omgeving. Deze chemische stimuli worden vaak opgelost en verdund in een gewoon oplosmiddel om verschillende doseringen van de behandelingen te bereiden. Echter, verschillende oplosmiddelen heel verschillende afgiftesnelheden van de stimuli produceren. Eerdere studies op sommige uitgebreid bestudeerd insecten zoals Drosophila melanog…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
The project was supported by Award AAES 461Hatch/Multistate Grants ALA08-045 and ALA015-1-10026 to N.L.
Materials
| Tungsten wire | A-M SYSTEMS | #716500 | Used for preparing the electrode |
| KNO2 | Sigma | #310484 | Used for sharpening the tungsten wire |
| AC Power Supply | BK Precision | 1653A | Providing the voltage in sharpening the tungsten wire |
| Leica Z6 APO Microscope | Leica | 10447424 | Used for observing the sensilla on antennae |
| Simulus controller | Syntech | CS-55 | Used for controlling the stimulus application |
| 4-Channel USB Acquisition Controller | Syntech | IDAC-4 | Real-time on screen display of all signals before and during recording |
| Light Source | SCHOTT | A20500 | Providing light sources for observation |
| Micromanupulator | Leica | 115378 | Used for minor movement of electrode |
| Speaker | Juster | 95a | Connected with Acquisition Controller IDAC-4 and providing sound for the signal |
| Magnetic stand | Narishige | GJ-1 | Used to hold the reference electrode, stablized bed bug and stimulus delivery tube |
| TMC Vibration Isolation Table | TMC | 63-500 | Used for isolating the vibration from the equipments |
| Coverslip | Tedpella | 2225-1 | Used for holding the bed bug |
| Double-sided Tape | 3M | XT6110 | Used for stablizing the bed bug on the coverclip |
| Dental Wax | Dentakit | DK-R012 | Used for supporting the coverclip where bed bug is stablized |
References
- Bartonicka, T., Gaisler, J. Seasonal dynamics in the numbers of parasitic bugs (Heteroptera, Cimicidae): a possible cause of roost switching in bats (Chiroptera, Vespertilionidae). Parasitol Res. 100 (6), 1323-1330 (2007).
- Thomas, I., Kihiczak, G. G., Schwartz, R. A. Bed bug bites: a review. Int J Dermatol. 43 (6), 430-433 (2004).
- Anderson, A. L., Leffler, K. Bed bug infestations in the news: a picture of an emerging public health problem in the United States. J Environ Health. 70 (9), 24-27 (2008).
- Boase, C., Robinnson, W., Bajomi, D. Bed bugs (Hemiptera: Cimicidae): an evidence-based analysis of the current situation. Sixth international conference on urban pests. OOK-Press Kft. , (2008).
- Doggett, S. L., Geary, M. J., Russell, R. C. The Resurgence of bed bugs in Australia: with notes on their ecology and control. Environ Health. 4 (2), 30-38 (2004).
- Ter Poorten, M. C., Prose, N. S. The return of the common bedbug. Pediatr Dermatol. 22 (3), 183-187 (2005).
- Yoon, K. S., Kwon, D. H., Strycharz, J. P., Craig, S., Lee, S. H., Clark, J. M. Biochemical and molecular analysis of deltamethrin resistance in the common bed bug (Hemiptera: Cimicidae). J Med Entomol. 45 (6), 1092-1101 (2008).
- Wang, L., Xu, Y., Zeng, L. Resurgence of bed bugs (Hemiptera: Cimicidae) in mainland China. Fla Entomol. 96 (1), 131-136 (2013).
- Haynes, K. F., Potter, M. F., Ishaaya, I., Palli, S. R., Horowitz, A. R. Recent progress in bed bug management. Advanced technologies for managing insect pests. , 269-278 (2013).
- Carey, A. F., Carlson, J. R. Insect olfaction from model systems to disease control. Proc Natl Acad Sci. 108 (32), 12987-12995 (2011).
- Leal, W. S. Odorant reception in insects: roles of receptors, binding proteins, and degrading enzymes. Annu Rev Entomol. 58, 373-391 (2013).
- Den Otter, C. J., Behan, M., Maes, F. W. Single cell response in female Pieris brassicae. (Lepidoptera: Pieridae) to plant volatiles and conspecific egg odours. J Insect Physiol. 26 (7), 465-472 (1980).
- Levinson, H. Z., Levinson, A. R., Muller, B., Steinbrecht, R. A. Structural of sensilla, olfactory perception, and behavior of the bed bug, Cimex lectularius., in response to its alarm pheromone. J Insect Physiol. 20 (7), 1231-1248 (1974).
- Harraca, V., Ignell, R., Löfstedt, C., Ryne, C. Characterization of the antennal olfactory system of the bed bug (Cimex lectularius). Chem Senses. 35 (3), 195-204 (2010).
- Liu, F., Haynes, K. F., Appel, A. G., Liu, N. Antennal olfactory sensilla responses to insect chemical repellents in the common bed bug, Cimex lectularius. J Chem Ecol. 40 (6), 522-533 (2014).
- Olson, J. F., Moon, R. D., Kells, S. A., Mesce, K. A. Morphology, ultrastructure and functional role of antennal sensilla in off-host aggregation by the bed bug, Cimex lectularius. Arthropod Struct Dev. 43 (2), 117-122 (2014).
- Bruyne, M., Foster, K., Carlson, J. R. Odor coding in the Drosophila antenna. Neuron. 30 (2), 537-552 (2001).
- Qiu, Y. T., Loon, J. J. A., Takken, W., Meijerink, J., Smid, H. M. Olfactory coding in antennal neurons of the malaria mosquito, Anopheles gambiae. Chem Senses. 31 (9), 845-863 (2006).
- Ghaninia, M., Ignell, R., Hansson, B. S. Functional classification and central nervous projections of olfactory receptor neurons housed in antennal trichoid sensilla of female yellow fever mosquito, Aedes aegypti. Eur J Neurosci. 26 (6), 1611-1623 (2007).
- Hill, S. R., Hanson, B. S., Ignell, R. Characterization of antennal trichoid sensilla from female southern house mosquito, Culex quinquefasciatus Say. Chem Senses. 34 (3), 231-252 (2009).
