Drosophila sıcaklık değişiklikler uzay ve zaman içinde performansını belirlemek için otomatik yöntemi
Summary
Burada zaman ve mekan içinde hızlı ve hassas sıcaklık değişiklikleri üretir programlanabilir bir ısı kontrollü arena kullanarak sıcaklık değiştirme Drosophila lokomotor performansını otomatik olarak belirlemek için bir iletişim kuralı mevcut.
Abstract
Ne tür dağıtmak ve hareket etkiler her yerde bulunan bir çevre faktörü sıcaklığıdır. Drosophila meyve sinekleri farklı türler belirli yanıt-e doğru sıcaklık fizyolojik tolerans ve adaptasyon göre değiştirme hakkına sahiptir. Drosophila sinekler de sinir ectotherms içinde işleme sıcaklık temelini anlamak için temel haline gelmiştir sistem algılama bir sıcaklık sahip. Burada sıcaklık değişen bireysel sinekler yanıt keşfetmek için zamansal ve mekansal kontrolü ile hızlı ve hassas sıcaklık değişikliklerine izin ısı kontrollü bir arena mevcut. Bireysel sinekler arenada yer ve Tekdüzen kademeli sıcaklık tepki normları belirlemek için veya dağınık şekilde dağıtılmış sıcaklıklar artar tercihlerinizi belirlemek için aynı anda gibi hazır çekim sıcaklık sorunlar için maruz. Bireyler hız veya Konum tercihi miktar izin otomatik olarak izlenir. Bu yöntem hızlı bir şekilde yanıt geniş sıcaklık sıcaklık performans eğrileri Drosophila içinde belirlemek için veya diğer böcekler benzer boyutta üzerinden ölçmek için kullanılabilir. Buna ek olarak, bu genetik çalışmalar için sıcaklık tercihleri ve mutantlar veya vahşi-türü sinekler tepkiler ölçmek için kullanılabilir. Bu yöntem termal türleşme ve adaptasyon gibi sinirsel mekanizmalar arkasında sıcaklık işleme temeli ortaya çıkarmak yardımcı olabilir.
Introduction
Nasıl organizmalar işlev ve1davranır etkiler sürekli bir çevre faktörü sıcaklığıdır. Enlem ve yükseklik farklılıkları türü organizma için onların yanıtları sıcaklık2,3için evrimsel seçimi hangi sonuçlar maruz kalan iklim farklılıkları yol. Organizmaların farklı sıcaklıklarda onların belirli ortamlarda4altında performansı en üst düzeye çıkarmak morfolojik, fizyolojik ve davranışsal uyarlamalar ile yanıt. Örneğin, meyve sineği Drosophila melanogaster, örneğin alınma olasılığını farklı bölgelerde farklı sıcaklık tercihleri, gövde boyutları, gelişimsel süreleri, uzun ömürlü, verimlilik ve yürüyüş performans farklı sıcaklıklarda2 var ,5,6,7. Farklı kökenleri sinekler arasında gözlenen çeşitlilik kısmen genetik varyasyon ve plastik gen ifade8,9tarafından açıklanmıştır. Benzer şekilde, Drosophila türler farklı alanlardan farklı sıcaklık degradeler arasında dağıtmak ve aşırı sıcak ve soğuk testleri10,11,12için direnç farklılıklar gösterir.
Drosophila de son zamanlarda sıcaklık algı13,14,15,16,17genetik ve nöral temeli anlamak için seçim modeli haline geldi. Genel olarak, Yetişkin sinekler anten soğuk ve sıcak periferik sıcaklık sensörleri ve sıcaklık sensörleri beyin13,14,15,16 üzerinden sıcaklık algıladıkları , 17 , 18 , 19 , 20. Gr28b.d16 ya da yüksek ateş21çevre reseptörleri sıcak hava için hızlı, çevre soğuk reseptörleri Brivido14tarafından karakterize edilmektedir. Beyinde, sıcaklık TrpA115ifade nöronlar tarafından işlenir. Mutantlar bu yollar üzerinde davranış çalışmaları sıcaklık nasıl işleneceğini bizim anlayış geliştirmek ve Drosophila farklı bölgelerdeki nüfus arasında değişir mekanizmaları içine anlayışlar verebilir.
Burada hızlı ve hassas sıcaklık değişiklikleri üreten ısı kontrollü bir arena açıklayın. Müfettişler bu değişiklikler için standart ve tekrarlanabilir sıcaklık manipülasyonlar insan müdahalesi olmadan sağlayan önceden programlayabilirsiniz. Sinekler kaydedilir ve onların konumu da bir deney farklı aşamalarında belirlemek için özel yazılımı ile izleniyor. Bu protokol için sunulan ana ölçüm yürüme hızı farklı sıcaklıklarda, bireysel termal adaptasyon5tanımlayabilirsiniz fizyolojik performans ekolojik ilgili dizin olduğu içindir. Sıcaklık reseptör mutantlar ile birlikte, bu teknik, hücresel ve biyokimyasal düzeyde termal adaptasyon mekanizmaları ortaya çıkarmak yardımcı olabilir.
Protocol
Representative Results
Discussion
Burada zaman ve mekan içinde hassas ısı değişiklikleri üreten bir otomatik ısı kontrollü arena (Şekil 1) sunulmuştur. Bu yöntem sadece sıcaklık (Şekil 2 ve Şekil 3) hazır çekim yavaş yavaş artar, aynı zamanda dinamik sıcaklık zorluklar içinde uçmak arena her parçasına sıcak olduğu için bireysel Drosophila pozlama sağlar farklı bir sıcaklık için bağımsız olarak (Şek…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Bu eser kısmen tarafından burs davranışsal ve bilişsel sinirbilim programı Groningen Üniversitesi ve Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (CONACyT) Meksika, yüksek lisans burs verilen Andrea desteklenmiştir Soto Padilla ve Hedderik van Rijn ve Jean-Christophe Billeter saat çalışmanın John Templeton Vakfı Hibe. Biz de Peter Gerrit Bosma FlySteps ait diğer gelişmekte olan onun katılımı için müteşekkir vardır.
Komut dosyaları TemperaturePhases, FlySteps ve FlyStepAnalysis tamamlayıcı bilgiler olarak ve aşağıdaki geçici ve kamuya bağlantısında bulunabilir:
https://dataverse.nl/privateurl.XHTML?Token=c70159ad-4D92-443D-8946-974140d2cb78
Materials
| Arduino Due | Arduino | A000062 | Software RUG |
| Electronics Board | Ruijsink Dynamic Engineering | FF-Main-02-2014 | |
| Power supply Boost | XP-Power 48. V 65 W | ECS65US48 | Set to 53 Volt |
| Power supply Tile Heating | XP-Power 15. V 80 W | VFT80US15 | |
| Power supply Cooling | XP-Power 15. V 130 W | ECS130U515 | |
| Peltier elements | Marlow Industries | RC12-4 | 2 Elements, controlled DC feed |
| Heat sink | Fisher Technik | LA 9/150-230V | Decoupled for vibration |
| Temperature sensors | Measurement Specialties | MCD_10K3MCD1 | Micro Thermistor Probe |
| Copper block/tiles | Ruijsink Dynamic Engineering | FF-CB-01-2014 | |
| Auminum ring | Ruijsink Dynamic Engineering | FF-RoF-02-2015 | |
| Tesa 4104 white tape 25 x 66 mm | RS Components | 111-2300 | White conductive tape |
| Red LEDs | Lucky Ligt | ll-583vc2c-v1-4da | Wavelength between 625 nm, 20 mAmp and 6 V |
| Warm white LED strip | Ledstripkoning | HQ-3528-SMD | 60 LEDs per meter |
| Switch Power Supply | Generic | T-36-12 | |
| Logitech c920 | Logitech Europe S.A | PN960-001055 | |
| QuickTime Player | Apple Computer | Recording program | |
| Tracking analysis software | R | Packages: pacman | |
| Tracking analysis software | MATLAB | ||
| Thermal Imaging | FLIR T400sc | ||
| Graphs and Statisticts Software | Graph Pad Prism | ||
| Sigmacote | Sigma-Aldrich | SL2-100ML | Siliconising agent |
| Fly rearing bottles | Flystuff | 32-130 | 6oz Drosophila stock bottle |
| Flypad | Flystuff | 59-114 | |
| 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% |
References
- Abram, P. K., Boivin, G., Moiroux, J., Brodeur, J. Behavioural effects of temperature on ectothermic animals unifying thermal physiology and behavioural plasticity. bioRxiv. , (2016).
- Rajpurohit, S., Schmidt, P. S. Measuring thermal behavior in smaller insects: A case study in Drosophila melanogaster demonstrates effects of sex, geographic origin, and rearing temperature on adult behavior. Fly. 10 (4), 149-161 (2016).
- Jezovit, J. A., Levine, J. D., Schneider, J. Phylogeny environment and sexual communication across the Drosophila genus. The Journal of Experimental Biology. 220 (1), 42-52 (2017).
- Sinclair, B. J., Williams, C. M., Terblanche, J. S. Variation in Thermal Performance among Insect Populations. Physiological and Biochemical Zoology. 85 (6), 594-606 (2012).
- Gibert, P., Huey, R., Gilchrist, G. Locomotor performance of Drosophila melanogaster: Interactions among developmental and adult temperautures, age, and geography. Evolution. 55 (1), 205-209 (2001).
- Trotta, V., et al. Thermal plasticity in Drosophila melanogaster: A comparison of geographic populations. BMC Evolutionary Biology. 6, 1-13 (2006).
- Klepsatel, P., Gálikova, M., De Maio, N., Huber, C. D., Christian, S., Flatt, T. Variation in thermal performance and reaction norms among populations of Drosophila melanogaster. Evolution. 67 (12), 3573-3587 (2013).
- Latimer, C. A. L., Wilson, R. S., Chenoweth, S. F. Quantitative genetic variation for thermal performance curves within and among natural populations of Drosophila serrata. Journal of Evolutionary Biology. 24, 965-975 (2011).
- Chen, J., Nolte, V., Schlotterer, C. Temperature-related reaction norms of gene expression: Regulatory architecture and functional implications. Molecular Biology and Evolution. , (2015).
- Kellermann, V., Overgaard, J., Hoffmann, A. A., Flojgaard, C., Svenning, J. -. C., Loeschcke, V. Upper thermal limits of Drosophila are linked to species distributions and strongly constrained phylogenetically. Proceedings of the National Academy of Sciences. 109 (40), 16228-16233 (2012).
- Andersen, J. L., Manenti, T., Sørensen, J. G., Macmillan, H. A., Loeschcke, V., Overgaard, J. How to assess Drosophila cold tolerance: Chill coma temperature and lower lethal temperature are the best predictors of cold distribution limits. Functional Ecology. 29 (1), 55-65 (2015).
- Krstevska, B., Hoffmann, A. A. The effects of acclimation and rearing conditions on the response of tropical and temperate populations of Drosophila melanogaster and D. simulans to a temperature gradient (Diptera: Drosophilidae). Journal of Insect Behavior. 7 (3), 279-288 (1994).
- Frank, D. D., Jouandet, G. C., Kearney, P. J., Macpherson, L. J., Gallio, M. Temperature representation in the Drosophila brain. Nature. 519 (7543), 358-361 (2015).
- Gallio, M., Ofstad, T. A., Macpherson, L. J., Wang, J. W., Zuker, C. S. The coding of temperature in the Drosophila brain. Cell. 144 (4), 614-624 (2011).
- Hamada, F. N., et al. An internal thermal sensor controlling temperature preference in Drosophila. Nature. 454 (7201), 217-220 (2008).
- Ni, L., et al. A gustatory receptor paralogue controls rapid warmth avoidance in Drosophila. Nature. 500 (7464), 580-584 (2013).
- Liu, W. W., Mazor, O., Wilson, R. I. Thermosensory processing in the Drosophila brain. Nature. 519 (7543), 353-357 (2015).
- Neely, G. G., et al. TrpA1 Regulates Thermal Nociception in Drosophila. Public Library of Science ONE. 6 (8), e24343 (2011).
- Zhong, L., et al. Thermosensory and non-thermosensory isoforms of Drosophila melanogaster TRPA1 reveal heat sensor domains of a thermoTRP channel. Cell Reports. 1 (1), 43-55 (2012).
- Barbagallo, B., Garrity, P. A. Temperature sensation in Drosophila. Current Opinion in Neurobiology. 34, 8-13 (2015).
- Tang, X., Platt, M. D., Lagnese, C. M., Leslie, J. R., Hamada, F. N. Temperature integration at the AC thermosensory neurons in Drosophila. Journal of Neuroscience. 33 (3), 894-901 (2013).
- Petavy, G., David, J. R., Gibert, P., Moreteau, B. Viability and rate of development at different temperatures in Drosophila: A comparison of constant and alternating thermal regimes. Journal of Thermal Biology. 26 (1), 29-39 (2001).
- Diegelmann, S., Zars, M., Zars, T. Genetic dissociation of acquisition and memory strength in the heat-box spatial learning paradigm in Drosophila. Learning & Memory. 13 (1), 72-83 (2006).
- Zars, M., Zars, T. High and low temperatures have unequal reinforcing properties in Drosophila spatial learning. Journal of Comparative Physiology A: Neuroethology, Sensory, Neural, and Behavioral Physiology. 192 (7), 727-735 (2006).
- Zars, T., Wolf, R., Davis, R., Heisenberg, M. Tissue-specific expression of a type I adenylyl cyclase rescues the rutabaga mutant memory defect: in search of the engram. Learning & Memory. 7 (1), 18-31 (2000).
- Jones, M. A., Grotewiel, M. Drosophila as a model for age-related impairment in locomotor and other behaviors. Experimental Brain Research. 46 (5), 320-325 (2011).
