社会回避定量检测的简易实验方法 黑腹果蝇

摘要

本文介绍了一种用于量化受胁迫个体回避行为的实验方案。该范式具有强大功能且操作简便，可用于评估基因和环境对黑腹果蝇（Drosophila melanogaster）某一类社会性互动行为的影响。

摘要

黑腹果蝇（Drosophila melanogaster）是一种新兴的模式生物，用于研究社会互动的多个方面。例如，果蝇会回避先前被处于应激状态的同种个体占据过的区域，这是由于应激过程中释放了一种被称为果蝇应激气味物（Drosophila stress odorant, dSO）的挥发性物质所致。利用T型迷宫装置，可以以一种经济且可靠的方法定量检测响应果蝇对dSO的回避行为。本文介绍了获得显著行为反应所需的关键实验条件：果蝇必须经历应激刺激才能释放dSO，同时需要足够数量的释放果蝇，以引发响应果蝇对dSO存在的强烈回避反应。果蝇的遗传背景会显著影响其对dSO的回避行为，而群体规模则无明显影响。其中，Canton-S和Elwood品系在回避dSO方面表现优于Oregon和Samarkand品系。该行为学实验将有助于揭示这一社会行为背后的机制，并可用于评估基因和环境因素对dSO释放与回避行为的影响。此类实验还可纳入一系列简单的诊断测试中，用于识别突变体或特定环境条件下存在的社会行为缺陷。

引言

该方法的目的是独立于求偶和攻击行为，轻松量化黑腹果蝇（Drosophila melanogaster）中一种新的简单社会行为特征。

社会互动对于社会中个体的正常发育和健康，以及整个社会群体的功能都至关重要。由于这些互动具有高度复杂性，因此需要大样本量以及能够简化行为分析的系统，因为目前对社会行为的遗传和神经基础仍知之甚少。Drosophila melanogaster 是一种强大的遗传学模型，可用于揭示社会互动的遗传和神经基础。事实上，D. melanogaster 具有一系列复杂的社交行为，且已有研究对其社交行为进行了一些直接测量^1-7。然而，大多数研究主要集中在相对复杂的社交行为上，例如攻击性互动^3,6、求偶行为的各个方面^3,8-12，以及社会经验如何影响其他行为（如学习或昼夜节律）^13-17。此外，许多此类实验依赖于对果蝇群体复杂互动模式的分析，通过视频追踪和计算机软件处理由此产生的大量数据。这类分析极为宝贵，能够带来重要的新见解，例如群体中果蝇之间互动的动态特征⁷。然而，一个局限在于这些实验方法难以被广泛推广，且人们对个体间相互识别的潜在机制了解有限。换句话说，个体发出信号并被另一个体识别的基础机制至今仍不清楚¹⁸。

相比之下，果....

方案

1. 实验室自制设备与试剂（其他材料参见材料清单）

1. 准备果蝇冷麻醉装置以进行果蝇操作。
   1. 裁剪一块多孔聚乙烯膜，用于覆盖一个小型塑料盒（长12.7 cm，宽10.2 cm），通常使用移液器吸头盒的顶盖（长12.7 cm，宽10.2 cm，深3.8 cm）。
   2. 将塑料盒内装满碎冰，盖上多孔聚乙烯膜。 
2. 准备T型迷宫装置；参照先前详细描述的装置进行改装^28-31。
3. 按文献³²所述方法准备果蝇吸虫器。
4. 准备光趋性反应装置，以便在无应激条件下将果蝇转移进出测试小瓶：
   1. 使用反向电流装置，具体方法如文献^29,33所述。

注意：T型迷宫也可用于其他用途，如文献²⁸所述。

5. 确保光照条件均匀：在覆盖白色实验台垫的实验台上进行实验，并面向一块白色板进行。
   注：本实验所用果蝇品系为黑腹果蝇（Drosophila melanogaster）野生型：Canton-S、Oregon 和 Samarkand 果蝇，来自本实验室保种品系³⁴；Elwood 果蝇于 2011 年秋季采集自美国纽约州....

结果

社会回避实验是一种可靠的检测方法，用于量化黑腹果蝇（Drosophila melanogaster）识别其他果蝇释放的应激信号（dSO）的能力，从而评估其社会互动的一个方面。该实验使用一种常用于多种行为学检测的装置，称为T型迷宫，使果蝇在两个不同选项（左侧或右侧）之间进行选择^19,28-31。在此实验中，通过计算并比较果蝇的表现指数（PI），来量化其回避dSO的效率。PI值为0表示果蝇在两侧的分布为50-50，即无回避行为；PI值为100表示所有果蝇均避开了dSO；而PI值为-100则表示所有果蝇均进入了含有dSO的样品管中。

将装有经机械刺激的果蝇释放的dSO的试剂瓶和一个新鲜（无dSO）的试剂瓶提供给果蝇。此处展示的代表性结果强调了该检测方法的有效性，以及获得最佳结果所需的一些已知条件。

对dSO的回避行为并非具有性别特异性，而是取决于果蝇是否处于应激状态。响应果蝇的性别对其回避dSO的行为没有影响（图1）。然而，仅让果蝇进入测试小瓶并不足以引发对该.......

讨论

本方案详细描述了社会回避实验的操作步骤。Canton-S 果蝇仅会回避先前果蝇受到过机械应激的培养管，且响应果蝇的性别和数量不会影响其社会回避行为表现。然而，响应果蝇的遗传背景对此行为具有显著影响。

成功进行本实验的几个关键步骤如下：1）始终在实验前2小时转移果蝇，并确保不干扰其环境；2）每天在相同时间进行实验，理想时间为光照开始后的第5个时钟时间（ZT5）至第9个时钟时间（ZT9）之间，以减少与昼夜节律相关的性能变异，从而降低运动能力和活动水平的可能波动；3）记录实验时的温度和湿度条件；最佳条件为温度约23–25 °C、湿度高于30%；4）在果蝇决策期间，确保不干扰T型迷宫装置；5）确保新使用的培养管至少提前24小时通风；6）实验过程中，必须始终轮换T型迷宫装置中测试管的位置，以避免果蝇对迷宫某一侧产生偏好。尽管尚需进一步实验验证，但经验表明，去翅果蝇（dSO）在不到5分钟内即可逃离“应激”管；相比之下，果蝇在受到应激后似乎可在长达1小时的时间内释放dSO。

在该实验方案中，有几个因素必须加以考虑。果蝇的年龄与社会回避行为之.......

材料

本文使用的材料清单

姓名	公司	目录编号	评论
体视变倍显微镜	Nikon	SMZ-645	任何其他用于果蝇操作的标准显微镜均可使用
小型画笔			用于推动果蝇
多孔聚乙烯板，12" × 12"	Flystuff - Genesee	46-100	http://www.flystuff.com/ProductInfo.php?productID=46-100 用于低温麻醉盒的多孔塑料板
迷你闹钟计时器/秒表
Sharpie 记号笔
胶带
微型涡旋振荡器	Fisher	14-955-151	http://www.fishersci.com/ecomm/servlet/itemdetail 用于果蝇的机械振荡——任何涡旋振荡器均可使用
Corning Life Sciences 货号：352017，Falcon 试管；圆底；一次性；无盖；14 ml；17 × 100 mm	Fisher	14-959-8	http://www.fishersci.com/ecomm/servlet/itemdetail?storeId=10652&langId=-1&catalogId=29104&productId=2771811&distype=0&highlightProductsItemsFlag=Y&fromSearch=1&searchType=PROD&hasPromo=0 可插入自制的T型迷宫和逆流装置中（见正文）
棉球			实验结束后封闭试管用
三折板和白色实验台覆盖物			提供白色背景和均匀光照
白色实验台覆盖物
击打垫			任何鼠标垫均可使用
大块黑色布料			在趋光性反应实验中用于覆盖逆流装置
冷白色光源	Home Depot	1000516563	http://www.homedepot.ca/product/illume-26-fluorescent-plug-in-linear/911423 任何类似功率为13–15 W的冷白色荧光直管灯均可使用