Drosophile Le comportement d’évitement passif comme nouveau paradigme pour étudier l’apprentissage aversif associatif

Summary

Ce travail décrit un paradigme comportemental simple qui permet l’analyse de l’apprentissage associatif aversif chez les mouches des fruits adultes. La méthode est basée sur la suppression du comportement négatif inné de la géotaxie en raison de l’association formée entre un contexte environnemental spécifique et un choc électrique.

Abstract

Ce protocole décrit un nouveau paradigme pour l’analyse de l’apprentissage associatif aversif chez les mouches adultes (Drosophila melanogaster). Le paradigme est analogue au comportement d’évitement passif chez les rongeurs de laboratoire dans lequel les animaux apprennent à éviter un compartiment où ils ont déjà reçu un choc électrique. Le test tire parti de la géotaxie négative chez les mouches, qui se manifeste par une envie de grimper lorsqu’elles sont placées sur une surface verticale. La configuration se compose de compartiments supérieurs et inférieurs orientés verticalement. Lors du premier essai, une mouche est placée dans un compartiment inférieur d’où elle sort généralement dans les 3 à 15 secondes et pénètre dans le compartiment supérieur où elle reçoit un choc électrique. Lors du deuxième essai, 24 heures plus tard, la latence est considérablement augmentée. Dans le même temps, le nombre de chocs est réduit par rapport au premier essai, ce qui indique que les mouches ont formé une mémoire à long terme autour du compartiment supérieur. Les enregistrements des latences et du nombre de chocs pourraient être effectués avec un compteur de comptage et un chronomètre ou avec un simple appareil basé sur Arduino. Pour illustrer comment le test peut être utilisé, le comportement d’évitement passif de D. melanogaster et D. simulans mâle et femelle a été caractérisé ici. La comparaison des latences et du nombre de chocs a révélé que les mouches D. melanogaster et D. simulans ont appris efficacement le comportement d’évitement passif. Aucune différence statistique n’a été observée entre les mouches mâles et femelles. Cependant, les mâles étaient un peu plus rapides lorsqu’ils entraient dans le compartiment supérieur lors du premier essai, tandis que les femelles recevaient un nombre légèrement plus élevé de chocs dans chaque essai de rétention. Le régime alimentaire occidental (WD) a considérablement altéré l’apprentissage et la mémoire chez les mouches mâles tandis que l’exercice de vol contrebalançait cet effet. Pris ensemble, le comportement d’évitement passif chez les mouches offre un test simple et reproductible qui pourrait être utilisé pour étudier les mécanismes de base de l’apprentissage et de la mémoire.

Introduction

L’apprentissage et la mémoire sont un mécanisme d’adaptation à l’environnement ancien sur le plan évolutif, conservé de la drosophile (D.) à ^l’homme1. La mouche des fruits est un organisme modèle robuste pour étudier les principes fondamentaux de l’apprentissage et de la mémoire, car elle offre un large éventail d’outils génétiques puissants pour disséquer les mécanismes moléculaires ^{intrinsèques2}. Les études pionnières de dépistage génétique, qui ont identifié les gènes rutabaga3, amnesiac4 et dunce5 essentiels à l’apprentissage et à la ^mémoire2, ont tiré parti du conditionnement olfactif car les mouches des fruits comptent sur leur sens aigu de l’odorat pour trouver de la nourriture, des partenaires potentiels et pour éviter les ^prédateurs6.

Le conditionnement olfactif est devenu un paradigme populaire pour étudier le mécanisme de l’apprentissage et de la mémoire, grâce à l’introduction du labyrinthe en T olfactif par Tully et ^Quinn7,8. Par la suite, d’autres méthodes pour mesurer divers types d’apprentissage et de mémoire ont été proposées, notamment le conditionnement ^visuel9, le conditionnement de la parade ^nuptiale10, le test de suppression de la phototaxie aversive11 et le conditionnement de l’exposition aux guêpes12. Cependant, la plupart de ces tests ont une configuration complexe qui doit être construite sur mesure dans un atelier universitaire ou achetée auprès d’un fournisseur. Le paradigme décrit ici est basé sur un test comportemental simple pour étudier l’apprentissage associatif aversif chez les mouches qui peut être facilement assemblé avec quelques fournitures disponibles.

Le paradigme décrit est équivalent à un comportement d’évitement passif (ou inhibiteur) chez les souris et les rats de laboratoire dans lequel les animaux apprennent à éviter un compartiment où ils ont déjà reçu un choc électrique du ^pied13. Chez les muridés, la procédure est basée sur leur évitement inné de la lumière vive et leur préférence pour les zones plus ^sombres14. Lors du premier essai, l’animal est placé dans le compartiment lumineux, d’où il sort rapidement, entrant dans un compartiment sombre, où un choc électrique du pied est délivré. Habituellement, un seul essai est suffisant pour former une mémoire solide à long terme, ce qui entraîne une augmentation significative de la latence 24 heures plus tard. La latence est ensuite utilisée comme indice de la capacité de l’animal à se souvenir de l’association entre le stimulus aversif et l’environnement ^{spécifique15}.

Ce travail décrit une procédure analogue utilisant D. comme système modèle qui offre plusieurs avantages par rapport aux modèles de rongeurs, notamment la rentabilité, la taille plus grande de l’échantillon, l’absence de surveillance réglementaire et l’accès à de puissants outils ^{génétiques16,17}. La procédure est basée sur un comportement géotaxis négatif, qui se manifeste par l’envie des mouches de grimper lorsqu’elles sont placées sur une surface ^verticale18. La configuration se compose de deux chambres verticales. Lors du premier essai, une mouche des fruits est placée dans un compartiment inférieur. De là, il sort généralement dans les 3-15 s, entrant dans le compartiment supérieur où il reçoit un choc électrique. Au cours d’un essai de 1 min, certaines mouches peuvent parfois rentrer dans le compartiment supérieur, ce qui entraîne un choc électrique supplémentaire. Pendant la phase de test, 24 heures plus tard, la latence est considérablement augmentée. Dans le même temps, le nombre de chocs est diminué par rapport au premier jour indiquant que les mouches formaient une mémoire associative aversive autour du compartiment supérieur. La latence, le nombre de chocs, la durée et la fréquence des épisodes de toilettage sont ensuite utilisés pour analyser le comportement animal et la capacité de former et de se souvenir de l’association entre le stimulus aversif et l’environnement spécifique. Les résultats représentatifs révèlent que l’exposition au régime occidental (WD) altère considérablement le comportement d’évitement passif chez les mouches mâles, suggérant que le WD a un impact profond sur le comportement et la cognition de la mouche. Inversement, l’exercice de vol a atténué l’effet négatif du WD, améliorant le comportement d’évitement passif.

Protocol

1. Préparation de l’appareil d’évitement passif Percez un trou de 4 mm perpendiculairement à la surface de la paroi du tube de culture en polypropylène de 14 mL et à 8 mm du fond du tube.REMARQUE: Utilisez une perceuse électrique et un foret 5/32 pour de meilleurs résultats. À l’aide d’un couteau utilitaire en acier, coupez la partie supérieure du tube de culture en polypropylène de 14 mL pour créer un fragment inférieur de tube de 45 mm de long. Le fragment in…

Representative Results

L’évitement passif a été étudié chez D. melanogaster (Canton-S) et D. simulans. Les expériences ont comparé les latences et le nombre de chocs reçus entre des essais consécutifs. Initialement, les expériences ont été réalisées avec des mouches mâles D. melanogaster âgées de 3 à 4 jours. Les mouches ont été maintenues selon le régime standard de la formulation Bloomington dans un environnement climatisé à 24 ° C sous un cycle lumière-obscurité de 12 h, une hu…

Discussion

L’évitement des stimuli menaçants est une caractéristique cruciale du comportement adaptatif chez diverses espèces, de C. elegance à l’homme32. Les procédures d’apprentissage par évitement, qui impliquent généralement l’évasion d’un événement aversif, sont des tâches comportementales couramment utilisées pour étudier les processus d’apprentissage et de mémoire chez les rongeurs de ^{laboratoire13} depuis les années 197032.<sup class="xref"…

Materials

Bloomington Formulation diet	Nutri-Fly	66-112	Available from Genesee Scientific Inc., San Diego, CA
1000 µL Blue tip	Fisher	NC9546243
17 x 100 mm 14 mL polypropylene culture tube	VWR	60818-689
Aduino-based Automatic Kontrol Module	In-house	AKM-007	This unit is optional. Complete description, schematics, wiring diagram and a code are provided at the ECU Digital Market – https://digitalmarket.ecu.edu/akmmodule
Dual-Display 2-Channel  Digital Clock/Timer	Digi-Sense	AO-94440-10	https://www.amazon.com/Cole-Parmer-AO-94440-10-Dual-Display-2-Channel-Jumbo-Digit/dp/B00PR0809G/ref=sr_1_5?dchild=1&keywords=Dual-Display+timer+jumbo&qid=1627660660&sr= 8-5#customerReviews
Electronic Finger Counter	N/A	N/A	https://www.amazon.com/gp/product/B01M8IRK6F/ref=ppx_yo_dt_b_search_asin_title?ie=UTF8&psc=1
Fisherbrand Sparkleen 1 Detergent	Fisher Scientific	04-320-4
Fly mouth aspirator	In-house		Prepared as described in reference 19.
Grass S88 stimulator	N/A	N/A	Could be replaced with any stimulator which can provide described parameters
Kim-wipes	Fisher Scientific	06-666	Kimberly-Clark Professional 34120
Metal block for fly immobilization	In-house		4 x 13 x 23.5cm aluminum block
Nutiva USDA Certified Organic, non-GMO, Red Palm Oil	Nutiva	N/A	https://www.amazon.com/Nutiva-Certified-Cold-Filtered-Unrefined-Ecuadorian/dp/B00JJ1E83G/ref=sxts_rp_s1_0?cv_ct_cx=Nutiva+USDA+Certified+Organic%2C+non-GMO%2C+Red+Palm+Oil&dchild=1&keywords=Nutiva+USDA+Certified+Organic%2C+non-GMO%2C+Red+Palm+Oil&pd_rd_i=B00JJ1E83G&pd_ rd_r=f35e9d2f-afe4-44b6-afc2-1c9cd705be18&pd_rd_w= R3Zb4&pd_rd_wg=eUv1m&pf_rd_ p=c6bde456-f877-4246-800f-44405f638777&pf _rd_r=M94N11RC7NH333EMJ66Y &psc=1&qid=1627661533&sr=1-1-f0029781-b79b-4b60-9cb0-eeda4dea34d6
Shock tube	CelExplorer	TMA-201	https://www.celexplorer.com/product_detail.asp?id=217&MainType=110&SubType=8
Stopwatch	Accusplit	A601XLN	https://www.amazon.com/gp/product/B0007ZGZYI/ref=ppx_yo_dt_b_search_asin_title?ie=UTF8&psc=1
Transparent vinyl tubing (3/4” OD, 5/8” ID)	Lowes		Avaiable from Lowes