Ein neuer Ansatz, die Handhabung für ein Studium Aggression Eliminiert und die "Loser" Effect in<em> Drosophila melanogaster</em
Summary
Während Fruchtfliege Kämpfe, die Verhaltensmuster beobachtet, kämpfen Dynamik, und die damit verbundenen Lern- und Gedächtnis werden von experimentellen Bedingungen beeinflusst. Die hier vorgestellte Protokoll beschreibt ein neues Verfahren, das vollständig eliminiert Handhabung von Fliegen während der Experimente. Dies verbessert Kampf Dynamik und ermöglicht die Bildung von starken "Verlierer" Effekte.
Abstract
Aggressives Verhalten in Drosophila melanogaster wird der sequentielle Expression der stereotype Verhaltensmuster zusammengesetzt (zur Analyse siehe 1). Dieses komplexe Verhalten durch genetische, hormonelle und Umweltfaktoren beeinflusst. Wie in vielen Organismen beeinflusst früheren Kampferfahrung die Kampfstrategie von Fliegen und das Ergebnis der späteren Wettbewerben: einem verlorenen Kampf erhöht die Wahrscheinlichkeit des Verlierens später Wettbewerbe und enthüllt "Verlierer" Auswirkungen, die wahrscheinlich beinhalten Lernen und Gedächtnis 2-4. Das Lernen und Gedächtnis, die die Expression von komplexen sozialen Verhaltensweisen wie Aggression begleitet, ist vor Test Umgang mit den Tieren 5,6 empfindlich. Vielen experimentellen Verfahren werden in verschiedenen Laboratorien verwendet, um Aggression 7-9 jedoch nicht routinemßig verwendete Protokoll das schließt Handhabung entfernt ist derzeit studieren. Hier berichten wir über eine neue Verhaltens Vorrichtung, die beseitigt Handhabung von Fliegen, mit instead ihre angeborene negativen geotactic Reaktionen auf Tiere in oder aus der Kampfkammern zu bewegen. In diesem Protokoll kleinen kreisförmigen Kampfarenen enthaltend ein Futternapf werden in zwei gleiche Hälften durch einen abnehmbaren Kunststoffschieber vor der Einführung der Fliegen unterteilt. Fliegen geben Kammern aus ihrer Heimat Isolierung Vials über Schleifkammertüren und Geotaxis. Nach dem Entfernen des Kunststoffgleitern, sind Fliegen frei zu interagieren. Nach bestimmten Zeitperioden werden entfernt wieder von Schiebereglern für die nachfolgenden Experimente getrennt. All dies wird leicht ohne Handhabung einzelner entfernt wurde. Dieses Gerät bietet einen neuartigen Ansatz zur Aggression und die damit verbundene Lernen und Gedächtnis, einschließlich der Bildung von "Verlierer" Effekte in fly Kämpfe zu studieren. Darüber hinaus kann dieses neue Mehrzweck-Verhaltens-Gerät verwendet, um andere soziale Verhaltensweisen von Fliegen lernen werden und sollte in der Regel sein, von Interesse für die Untersuchung von Erfahrungen im Zusammenhang mit Veränderungen in der grundlegenden Verhaltensprozesse.
Introduction
Aggression in der Tieranlagen ist stark mit dem Erwerb und der Besitz von Ressourcen wie Nahrung, Territorium und Kollegen verbunden. Angesichts der wichtigen Rolle dieses spielt in der Fitness von Individuen, ist es nicht verwunderlich, dass Aggression in der Tierwelt entwickelt. Als ein adaptives Merkmal, das direkt zugute Individuen wird eine starke Lernen und Gedächtnis-Komponente mit Aggression verbunden. Im Wettbewerb um die sozialen Rang, beeinflusst das Ergebnis der späteren Wettbewerben früheren Kampferfahrung. In der Regel vor Verlierer Erfahrung zu und gewinnen Erfahrung ab, die Wahrscheinlichkeit zu verlieren späteren Wettbewerben (so genannte "Verlierer" und "Gewinner" Effekte). "Loser" Effekte wurden in einer Vielzahl von Arten beobachtet worden, und einige Berichte deuten darauf hin, dass diese mehrere Tage dauern, während "Gewinner" Wirkungen sind in der Regel von kürzerer Dauer 2,10,11.
Der erste Bericht über aggressives Verhaltenin Fruchtfliegen (D. ampelophila) wurde durch Sturtevant 1915 in einer mit Sex Anerkennung und Geschlechtsselektion 12 betroffenen Papier. Ein halbes Jahrhundert später, vollständigere Untersuchung der männlichen Fruchtfliege Aggression wurden, dass die meisten der während der Fruchtfliege Kämpfe beobachtete Verhaltensmuster beschrieben. Diese Versuche waren meist in kleinen Gruppen von mehr als 13 bis 15 Stunden beobachtet, männliche und weibliche Fliegen durchgeführt. In jüngster Zeit mit der Zugabe von leistungsfähigen genetischen Werkzeuge, dyadische gleichgeschlechtlichen Kampf Setups und kürzere Zeiten der Beobachtung, D. melanogaster hat sich als wichtiges Modellsystem für das Studium der Biologie der Aggression 1,16 entstanden. Die Analyse der Kämpfe zwischen gleichgeschlechtlichen Paaren von männlichen und weiblichen Fliegen zeigten, dass Aggression beinhaltet stereotype Verhaltensmuster, die Übergang von einem zum anderen zu einer statistisch zuverlässige Weise 1,17. Einige der beobachteten Verhaltensmuster sind geschlechtsspezifisch, während andere im Kampf beobachtets bei beiden Geschlechtern. Männlich Kämpfe gehen zu höheren Intensitätsstufen als weibliche Kämpfe und führen zur Bildung von Dominanzverhältnisse mit klaren "Gewinner" und "Verlierer". Derzeit haben viele Labors begann die Untersuchung der biochemischen 18, neuronale 7,19-21 und genetische 22 Grundlagen der Aggression. Leider eine Meta-Analyse von Studien, um Einblick in Kampf Dynamik und die Bildung und Aufrechterhaltung der Dominanzbeziehungen ist problematisch aufgrund der Verwendung einer Vielzahl von experimentellen Verfahren in verschiedenen Labors erhalten. Im wesentlichen alle der in der Literatur beschriebenen Techniken beinhalten Handhabung und Manipulationen der Fliegen, um sie in Arenen 19,23,24 und während des Verhaltensexperiment 3,4 einzuführen Fliegen aus Arenen übertragen. Sanfte Aspiration ist der häufigste Weg, um Fliegen zu manipulieren 3,4,23-25, aber kalt oder CO 2 Anästhesie werden auch verwendet, 9,26, auch wenn previous Studien haben bereits berichtet, dass diese Verfahren haben schädliche Auswirkungen auf Flugverhalten 27,28. Ein Zeitraum von mindestens 24 h nach der Verwendung von Anästhetika empfohlen, ihre Auswirkungen auf das Verhalten 29,30 minimieren.
Fliegen lernen aus früheren Kampferfahrung und ihre Verhaltensmuster zu verändern Nutzung in neuen Situationen, was darauf hindeutet, dass Lernen und Gedächtnis zu begleiten und Folgen der agonistischen Begegnungen. In diesem Sinne, Fliegen Kämpfe ähneln operante Konditionierung Lernsituationen, in dem Fliegen zu lernen, dass eine Strategie hat funktioniert und es dann immer öfter bei der späteren Begegnungen. Fliegen ändern ihre Kampfstrategien nach dem Dominanzverhältnisse wurden während der Kämpfe etabliert, mit Gewinnern Longieren mehr und mehr und Verlierer immer weniger. Nach einer Zeit der Trennung vorherigen Verlierer zeigen viel mehr unterwürfige Verhalten und mit hoher Wahrscheinlichkeit 2. wenn gepaart mit naiven fl kämpft verlierenies oder vorherigen Gewinnern 3,4. Jedoch hat das Fehlen eines experimentellen Verfahrens gesetzt wird, das Handling von Fliegen detaillierte Studien "loser" Effekte erschwert. In einer aktuellen Studie verglichen wir zwei experimentellen Verfahren routinemäßig in Laboratorien (Aspiration und Kälte-Anästhesie) verwendet werden, um Fliegen in Verhaltenskammern an das neue Verfahren, das Handling eliminiert einzuführen. Die Ergebnisse zeigten, dass Kalt Anästhesie hatten viel größere negative Auswirkungen auf Aggression als Aspiration, sondern sogar Aspiration reduziert das Niveau der Aggressivität von Fliegen. Aspiration war jedoch zu hoch signifikante Auswirkungen auf das Lernen und Gedächtnis, die Aggression zu begleiten. Nach identischen Protokoll mit zwei experimentellen Verfahren (Aspiration und keine Behandlung), eine robuste "Verlierer" Effekt wurde nur beobachtet, wenn die Handhabung von Fliegen wurde von der Versuchsdurchführung 5,6 eliminiert.
Idealerweise Studium der Drosophila Aggression in labotorien sollten Umweltsituationen, die normalerweise in der Wildnis begegnen fliegt (Wettbewerb um Ressourcen, Territorium zu verteidigen und Raum zu entkommen) enthalten. Darüber hinaus sollten Versuchsbedingungen optimiert werden, um zuverlässig zu induzieren, zu beobachten und das Verhalten zu untersuch interpretiert werden (versuchen, die Behandlung der Tiere zu minimieren, die Verwendung von CO 2 als Narkosemittel zu begrenzen, und Standardisierung der experimentellen Verfahren). Bei dem Versuch, die meisten oder alle diese Probleme anzugehen, haben wir einen neuen Verhaltensgerät, das Handling von Fliegen beseitigt, bevor, während und nach den verhaltens Arenen ihre Einführung. Mit diesen Vorrichtungen verwenden Fliegen ihre angeborene negativen Geotaxis zu bewegt und in die und aus den Kampf Kammern übertragen werden. Durch den Wegfall der Handhabung von Fliegen, zielt darauf ab, das Protokoll an: (a) verringern die Verhaltens Variabilität zwischen Individuen; (b) verringern Sie die notwendige Zeit für Fliegen zu interagieren und erzeugen klare Dominanzverhältnisse (Männer); und (c) sicher zu induzieren stark genug behavioral Änderungen Bildung "Verlierer" Effekte erlauben.
Dieses Protokoll beschreibt eine neue experimentelle Vorrichtung und ein schrittweises Vorgehen, um Aggressionen zu analysieren und die Bildung einer starken "Verlierer" Effekt in D. ermöglichen melanogaster. Wir erwarten, dass dieser Verhaltensvorrichtung leicht für die Untersuchung von anderen sozialen Verhaltensweisen, die von Fruchtfliegen zeigte angepasst werden.
Protocol
Representative Results
Discussion
Das moderne Zeitalter der Verwendung von Drosophila mit seinen leistungsfähigen genetischer Methoden als Modellorganismus für das Studium der Aggression vor einem Dutzend Jahren begann etwa mit der Einführung der neuen experimentellen Arenen, in denen zuverlässige Kampfverhalten konnte mit einzelnen Paaren von Fliegen 1,7 erhalten werden kann, 8,17,19. Diese Arenen enthalten gewünschten Ressourcen (ein Nahrungsmittelbecher, potenziellen Partnern) und ein Raum für die Verlierer fliegt…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Diese Forschung wurde unterstützt durch Zuschüsse aus dem National Institute of General Medical Sciences (GM099883 und GM074675) EAK Die Geldgeber hatten keine Rolle in Studiendesign, Datenerhebung und -analyse, Entscheidung zur Veröffentlichung oder Erstellung des Manuskripts unterstützt. Wir danken den Menschen aus unserer Maschinenhalle an der Harvard Medical School für den Entwurf des Verhaltensgerät (Kontakt: http://mikesmachine.com).
Autor Beiträge: ST, entworfen BC den Verhaltensgerät. ST ausgelegt und optimiert Das experimentelle Protokoll. ST und BC durchgeführt und die Versuche analysiert. ST, EAK und BC schrieb die Zeitung.
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
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