Новый подход, который исключает обслуживание для изучения агрессии и "проигравший" Эффект<em> Дрозофилы</em
Summary
Во фруктов летать бои, поведенческие паттерны наблюдается, бороться динамику, и связано обучения и памяти находятся под влиянием экспериментальных условиях. Протокол, представленные здесь описывает новый порядок, что полностью исключает обработку мух в ходе экспериментов. Это улучшает динамику и позволяет бороться формирование сильных "неудачник" эффектов.
Abstract
Агрессивное поведение в дрозофилы состоит из последовательного выражения стереотипных поведенческих (для анализа см 1). Этот комплекс поведение под влиянием генетических, гормональных и экологических факторов. Как и во многих организмов, предыдущий опыт боевых влияет на стратегию борьбы мух и результаты более поздних конкурсах: поражение в бою повышает вероятность потери поздние конкурсы, выявление "неудачник" эффекты, которые, вероятно, включают в себя обучение и память 2-4. Обучение и память, которая сопровождает выражение сложных социальных поведения, как агрессия, чувствителен к предварительно тест обработку животных 5,6. Многие экспериментальные процедуры используются в различных лабораториях для изучения агрессии 7-9, однако, не регулярно используется протокол, который исключает обращение мух настоящее время доступна. Здесь мы приводим новую поведенческую аппарат, который устраняет обработки мух, используя instead их врожденные отрицательные ответы geotactic двигаться животных в или из боевых камер. В этом протоколе, небольшие круглые борьба арен, содержащие пищевой чашку делятся на две равные половины съемной пластмассовой ползуна до введения мух. Мухи ввести камеры от их дома изоляции флаконах с помощью раздвижных дверей камеры и geotaxis. После удаления пластиковых ползунков, мухи свободно взаимодействовать. После определенные периоды времени, мухи отделены снова ползунков для последующего эксперимента. Все это делается легко, без обработки отдельных мух. Этот аппарат предлагает новый подход к изучению агрессии и связанный обучения и памяти, в том числе формирование "неудачник" эффектов в лету боев. Кроме того, эта новая универсальная поведенческая установка может быть использована для изучения других форм социального поведения мух и должны, в общем, представляет интерес для исследования опыта связанных изменения в основных поведенческих процессов.
Introduction
Агрессия в системах животных сильно связано с приобретением и проведения таких ресурсов, как продовольствие, территории и товарищей. Учитывая важную роль в этом играет в пригодности лиц, это не удивительно, что агрессия превратилась по животном царстве. Как адаптивного признака, что непосредственную пользу лиц, сильная обучения и памяти компонент, связанный с агрессией. В конкурсе по социальной ранга, предыдущий опыт боевых влияет на исход последующих конкурсах. В целом, предыдущие проигрышные увеличивается опыт, и опыт победы уменьшается вероятность потерять поздние конкурсы (так называемый "неудачник" и "Победитель" эффекты). "Неудачник" эффекты наблюдались в широком диапазоне видов, и некоторые отчеты предполагают, что они могут длиться в течение нескольких дней, пока "Победитель" эффекты, как правило, имеют более короткий срок 2,10,11.
Первый доклад агрессивного поведенияу плодовых мушек (Д. ampelophila) был по Расин в 1915 году в статье, связанных с распознаванием секс и выбор пола 12. Полвека спустя, более полные исследования мужского плода летать агрессии были сделаны, что описано большинство поведенческих наблюдаемых во время боев плодовой мухи. Эти эксперименты, выполненные в основном в небольших группах мужчин и женщин мух наблюдается в течение часа 13-15. Недавно, с добавлением мощных генетических инструментов, двоичных одиночных установок секс бороться и коротких времен наблюдения, D. MELANOGASTER стала важной модельной системы для изучения биологии агрессии 1,16. Анализ боев между однополыми парами мужских и женских мух показал, что агрессия предполагает стереотипные модели поведения, что переход от одного к другому в статистически надежным способом 1,17. Некоторые из поведенческих моделей, наблюдаемых в конкретных пол, а другие наблюдаются в борьбес в обоих полов. Мужской бои идут на более высокие уровни интенсивности, чем женщин боях и в результате формирования доминирования отношений с четкими «победителей» и «проигравших». В настоящее время многие лаборатории начали расследование биохимического 18, нервной 7,19-21 и генетических основ 22 агрессии. К сожалению, мета-анализ исследований, чтобы разобраться в динамике боя и формирование и поддержание отношений доминирования является проблематичным из-за использования множества экспериментальных процедур в различных лабораториях. По существу все из методов, описанных в литературе включают обработку и манипулирование мух ввести их в арен 19,23,24 и во время эксперимента поведенческой 3,4 передать вылетает из арен. Нежный стремление является наиболее распространенным способом для манипулирования летит 3,4,23-25, но холодные или CO 2 анестезии используются также 9,26, хотя рrevious исследования уже сообщили, что эти процедуры имеют вредное воздействие на лету поведения 27,28. Период, по крайней мере 24 часов Рекомендуется после использования каких-либо анестетиков, чтобы минимизировать их влияние на поведение 29,30.
Мухи узнать из предыдущего опыта боевого и изменять их поведения использование шаблонов в новых ситуациях, предполагая, что обучения и памяти сопровождать и последствия агонистических встреч. В этом смысле, летать бои напоминают учебных ситуаций оперантного кондиционирования, в которых летит узнать, что стратегия работала, а затем использовать его все чаще и чаще в течение последующих встреч. Мухи изменить свои стратегии борьбы после доминирования отношения были установлены в ходе боев с победителями выпад больше и проигравшие все меньше и меньше. После периода разделения, предыдущие неудачники показать гораздо более покорное поведение и, весьма вероятно, потерять 2-й борется, когда в паре с наивной Флоридах годов или предыдущих победителей 3,4. Тем не менее, отсутствие экспериментальной процедуры, исключает обработки мух сделал детальные исследования "неудачник" эффектов трудно. В недавнем исследовании мы сравнили два экспериментальных процедур, обычно используемые в лабораториях (аспирации и холодной анестезии), чтобы ввести мух в поведенческих камер с новой процедурой, которая устраняет обработку. Результаты показали, что холодной анестезии было гораздо больше негативных последствий, чем на агрессии стремление, но даже стремление уменьшить уровень агрессивности мухами. Стремление не менее, вызывают высоко значительное воздействие на обучение и память, которые сопровождают агрессию. После идентичный протокол с двумя экспериментальными методами (аспирационных и не регулировать), надежный "неудачник" эффект наблюдался только, когда обращение мух выбыл из экспериментальной процедуры 5,6.
В идеале, исследования Drosophila агрессии в Laboratories должны включать экологические ситуации, которые обычно сталкиваются летит в дикой природе (конкуренции за ресурсы, территорию, чтобы защитить и пространство, чтобы избежать). Кроме того, экспериментальные условия должны быть оптимизированы, чтобы надежно индуцируют, наблюдать и интерпретировать поведение при рассмотрении (стараются свести к минимуму обработку животных, ограничить использование СО 2 в качестве анестезирующего средства, и стандартизировать экспериментальные процедуры). В попытке охватить большинство или все из этих вопросов, мы разработали новую поведенческую аппарат, который устраняет обработки мух до, во время и после введения их в поведенческих аренах. С этих аппаратов, мухи использовать их врожденные негативные geotaxis быть перемещены и передается в и из борьбы камер. Устраняя обработку мух, протокол направлен на: (а) уменьшить поведенческий вариабельность физических лиц; (б) уменьшить время, необходимое для мух, чтобы взаимодействовать и создавать четкие отношения доминирования (мужчины); и (с) побудить надежно достаточно сильный behavioRAL изменения, чтобы образование "неудачник" эффектов.
Этот протокол описывает новую экспериментальную установку и шаг за шагом процедуры для анализа агрессию и позволить формирование сильной "неудачник" эффекта в D. MELANOGASTER. Мы ожидаем, что это поведенческая установка может быть легко адаптирована для изучения других социальных поведений плодовых мушек.
Protocol
Representative Results
Discussion
Современная эра использования дрозофилы с мощными генетическими методами в качестве модельного организма для изучения агрессии стали около десятка лет назад с введением новых экспериментальных арен, в которой надежно поведение бои можно было бы получить с одиночными парами мух…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Это исследование было поддержано грантами от Национального института общих медицинских наук (GM099883 и GM074675), чтобы ЕАК Доноры не было никакой роли в дизайн исследования, сбора и анализа данных, решение о публикации или подготовки рукописи. Мы благодарим людей из нашей машины магазине в Гарвардской медицинской школе для проектирования поведенческой аппарата (контакт: http://mikesmachine.com).
Автор взносы: ST, BC разработаны поведенческие аппарат. ST разработаны и оптимизированы экспериментальный протокол. ST и ВС выполнены и проанализированы эксперименты. ST, ЕАК и ВС написал бумагу.
Materials
| Drosophila melanogaster pupa | Bloomington Stock Center | ||
| Standard fly food | Fabricated in-house. | ||
| Behavioral chambers | Mike machine | Fabricated in-house. Directly contact the compagny for more informations. | |
| Borosilicate glass vials | VWR International | 47729-576 | 16 x 10 mm |
| Cotton | Fisherbrand | 22-456-881 | Any brand can be used |
| Pasteur pipettes | VWR International | 53300-567 | |
| Paintbrush | Blick Art Material | 06157-7030 | Round , Size 3/0 |
| Toothpick | N/A | N/A | Any brand can be used |
| Acrylic paint (blue/white) | Blick Art Material | 01637-5172/01637-1022 | Any brand can be used |
| Dry active yeast | Sigma | YSC2-500G | |
| Srew cap tube | VWR International | 10011-394 | 15 mm diameter, 10 mm height |
| Eppendorf | VWR International | 22363212 | |
| Tape | N/A | N/A | Any brand can be used |
| Plastic slices | Electron Microscopy Sciences | 70329-40 | 22 x 40 x 0.25 mm Thickness |
| Light source (bulb) | VWR International | 500003-418 | Any brand can be used |
| Timer | VWR International | 62344-641 | Any brand can be used |
| Incubator | Percival | Directly contact the constructor for more informations. | |
| Carbon Dioxide Dry (CO2) | Medical-Technical Gases, Inc | 14H31 | |
| Binocular | Nikon | SMZ-745 | Any brand can be used |
| Camera (SONY Handycam HDR-CX330) | B&H | SOHDRCX330B | Any brand can be used |
| Computer | With a minimum of 1.4 Ghz Processor, running Microsoft Windows or Machintosh HD | ||
| ClipWrap | Download online | Any importing software can be used | |
| QuickTime Player | Download online | Any reading software can be used | |
| GraphPad Software | Online | Any statistical software can be used |
References
- Chen, S., Lee, A. Y., Bowens, N. M., Huber, R., Kravitz, E. A. Fighting fruit flies: a model system for the study of aggression. Proc Natl Acad Sci U S A. 99, 5664-5668 (2002).
- Hsu, Y., Earley, R. L., Wolf, L. L. Modulation of aggressive behaviour by fighting experience: mechanisms and contest outcomes. Biol Rev Camb Philos Soc. 81, 33-74 (2006).
- Yurkovic, A., Wang, O., Basu, A. C., Kravitz, E. A. Learning and memory associated with aggression in Drosophila melanogaster. Proc Natl Acad Sci U S A. 103, 17519-17524 (2006).
- Penn, J. K., Zito, M. F., Kravitz, E. A. A single social defeat reduces aggression in a highly aggressive strain of Drosophila. Proc Natl Acad Sci U S A. 107, 12682-12686 (2010).
- Trannoy, S., Chowdhury, B., Kravitz, E. A. Handling alters aggression and ‘loser’ effect formation in Drosophila melanogaster. Learn Mem. 22, 64-68 (2015).
- Trannoy, S., Kravitz, E. A. Learning and memory during aggression in Drosophila: handling affects aggression and the formation of a ”loser” effect. Journal of Nature and Science. 1 (3), e56 (2015).
- Alekseyenko, O. V., Chan, Y. B., Li, R., Kravitz, E. A. Single dopaminergic neurons that modulate aggression in Drosophila. Proc Natl Acad Sci U S A. 110, 6151-6156 (2013).
- Dierick, H. A., Greenspan, R. J. Serotonin and neuropeptide F have opposite modulatory effects on fly aggression. Nat Genet. 39, 678-682 (2007).
- Williams, M. J., et al. Regulation of aggression by obesity-linked genes TfAP-2 and Twz through octopamine signaling in Drosophila. Genetics. 196, 349-362 (2014).
- Chase, I. D., Bartolomeo, C., Dugatkin, L. A. Aggressive interactions and inter-contest interval: how long do winners keep winning?. Anim. Behav. 48, 393-400 (1994).
- Goessmann, C., Hemelrijk, C., Huber, R. The formation and maintenance of crayfish hierarchies: behavioral and self-structuring properties. Behav Ecol Sociobiol. 48, 418-428 (2000).
- Sturtevant, A. H. Experiments on sex recognition and the problem of sexual selection in Drosophila. J Animal Behav. 5, 351-366 (1915).
- Jacobs, M. E. Influence of light on mating of Drosophila melanogaster. Ecology. 41, 182-188 (1960).
- Dow, M. A., von Schilcher, F. Aggression and mating success in Drosophila melanogaster. Nature. 254, 511-512 (1975).
- Hoffmann, A. A laboratory study of male territoriality in the sibling species Drosophila melanogaster and D. simulans. Anim. Behav. 35, 807-818 (1987).
- Vrontou, E., Nilsen, S. P., Demir, E., Kravitz, E. A., Dickson, B. J. fruitless regulates aggression and dominance in Drosophila. Nat Neurosci. 9, 1469-1471 (2006).
- Nilsen, S. P., Chan, Y. B., Huber, R., Kravitz, E. A. Gender-selective patterns of aggressive behavior in Drosophila melanogaster. Proc Natl Acad Sci U S A. 101, 12342-12347 (2004).
- Fernandez, M. P., Kravitz, E. A. Aggression and courtship in Drosophila: pheromonal communication and sex recognition. J Comp Physiol A Neuroethol Sens Neural Behav Physiol. 199, 1065-1076 (2013).
- Alekseyenko, O. V., et al. Single serotonergic neurons that modulate aggression in Drosophila. Current biology : CB. 24, 2700-2707 (2014).
- Asahina, K., et al. Tachykinin-expressing neurons control male-specific aggressive arousal in Drosophila. Cell. 156, 221-235 (2014).
- Andrews, J. C., et al. Octopamine neuromodulation regulates Gr32a-linked aggression and courtship pathways in Drosophila males. PLoS genetics. 10, e1004356 (2014).
- Zwarts, L., et al. Complex genetic architecture of Drosophila aggressive behavior. Proc Natl Acad Sci U S A. 108, 17070-17075 (2011).
- Dierick, H. A. A method for quantifying aggression in male Drosophila melanogaster. Nat Protoc. 2, 2712-2718 (2007).
- Wang, L., et al. Hierarchical chemosensory regulation of male-male social interactions in Drosophila. Nat Neurosci. 14, 757-762 (2011).
- Davis, S. M., Thomas, A. L., Nomie, K. J., Huang, L., Dierick, H. A. Tailless and Atrophin control Drosophila aggression by regulating neuropeptide signalling in the pars intercerebralis. Nat Commun. 5, 3177 (2014).
- Yuan, Q., Song, Y., Yang, C. H., Jan, L. Y., Jan, Y. N. Female contact modulates male aggression via a sexually dimorphic GABAergic circuit in Drosophila. Nat Neurosci. 17, 81-88 (2014).
- Perron, J. M., Huot, L., Corrivault, G. W., Chawla, S. S. Effects of carbon dioxide anaesthesia on Drosophila melanogaster. J Insect Physiol. 18, 1869-1874 (1972).
- Joachim, D., Curtsinger, J. W. Genotype and anesthetic determine mate choice in Drosophila melanogaster. Behav Genet. 20, 73-79 (1990).
- Barron, A. B. Anaesthetising Drosophila for behavioural studies. J Insect Physiol. 46, 439-442 (2000).
- Greenspan, R. J. . Fly Pushing: The theory and Practice of Drosophila Genetics. , (1997).
- Cabral, L. G., Foley, B. R., Nuzhdin, S. V. Does sex trade with violence among genotypes in Drosophila melanogaster?. PLoS One. 3 (4), e1986 (2008).
