使用旋转运动量化系统（REQS）测量黑腹果蝇（Drosophila melanogaster）的运动水平

摘要

旋转运动定量系统（REQS）可通过旋转诱导黑腹果蝇（Drosophila melanogaster）进行运动，同时测量动物所完成的活动量。本文中，我们提供了一步一步的详细方案，介绍如何使用REQS测量经历旋转运动处理的动物的活动水平。

摘要

Drosophila melanogaster 是运动生物学研究中的一个新兴模式生物。迄今为止，已有两种主要的运动系统被报道：Power Tower 和 Treadwheel。然而，尚缺乏一种用于量化运动干预所诱导的额外动物活动量的方法。旋转运动量化系统（Rotating Exercise Quantification System, REQS）填补了这一空白，可为接受旋转运动的动物提供活动量的测量指标。本实验方案详细介绍了如何利用 REQS 评估动物在旋转运动过程中的活动情况，并展示了可生成的数据类型。在此，我们演示了如何使用 REQS 来测量不同性别和品系在运动诱导活动中的差异。REQS 还可用于评估其他多种实验参数（如年龄、饮食或种群规模）对运动诱导活动的影响。此外，该系统还可用于比较不同运动训练方案的效果。重要的是，REQS 为不同品系之间的运动干预提供了标准化的可能性，使研究人员在需要时能够实现各组间相等的活动量。因此，REQS 是使用果蝇模型系统开展运动生物学研究的一项重要新资源，可与现有的运动系统相互补充。

引言

近年来，研究人员开始利用果蝇Drosophila melanogaster来研究运动生物学。D. melanogaster作为遗传学研究模型系统已有100多年的历史^1,2。然而，果蝇的研究贡献不仅限于遗传学，还涉及神经生物学、行为生物学和生理学等多个学科领域³。2009年，首个用于果蝇的运动装置——Power Tower被首次报道⁴。Power Tower利用了果蝇的负向趋地性反应。当受到扰动时，果蝇倾向于向上爬至容器顶部。这一反应已被广泛证实，也是常用的"RING"（快速迭代负向趋地性⁵）实验的基础，该实验用于评估果蝇的攀爬能力及/或身体素质。Power Tower通过连接电机单元的机械臂，反复将果蝇连同其容器抬高数英寸后迅速放下，从而诱发果蝇的负向趋地性反应（Tinkerhess et al. 2012⁶ 提供了展示Power Tower使用方法的视频）。长期使用Power Tower处理可显著增加果蝇的体力活动（奔跑或飞行）量，相较于未处理的对照组果蝇，其在RING实验中的体能表现随时间推移而改善⁴。因此....

方案

REQS 由一个安装在旋转臂上的果蝇活动监测仪单元（有关来源信息，请参见材料表）组成，该旋转臂由一个电机单元控制（图1）。活动监测仪用于测定在给定时间范围内，穿过检测管中部的激光束阵列被中断的频率。详细的结构图和深入的性能表征请参见我们之前的发表文献⁹。尽管我们的系统使用的是 LAM25H 单元，但 REQS 也可进行改装以适配其他类型的果蝇活动监测仪单元。

1. 测试 REQS 的设置

1. 用CO₂麻醉动物后，将待测果蝇装入玻璃样品管中₂ 或其他选定的方法进行处理，将样本转移至空管中，并盖紧管盖。
2. 将带盖的玻璃样品管插入活动监测仪的插槽中。在装置两侧使用橡胶O形圈（17-18号）和/或橡皮筋固定样品管，确保样品管在旋转过程中不会移动：
   1. 将一个O形圈套入样本管，使其靠近管的中点位置。从前方将样本管插入活动监测仪的插槽中，并居中放置。
   2. 根据需要移动O形圈，并确保在样本管居中后，将O形圈尽可能滑动至靠近活动监测仪单元的位置。通过从后方将第二个O形圈套入玻璃管来固定样本管，并再次将O形圈尽可能移至靠近活动监测仪单元的位置。
3. 通过翻转设备正面的电源开关来启动 REQS 的旋转。使用设备正面的....

结果

使用 REQS 进行单次运行的输出结果是由 DAMSystem308 软件生成的数据表，默认情况下该文件将被标记为“Monitor1.txt”（示例见补充文件1）。此类数据表的节选如表1所示。每一列包含来自单个检测管的数据，而每一行则表示从实验开始（顶部）到结束（底部）每个时间间隔内测得的活动值。应监控前三个数据点，以防出现数据缺失（如表2中所示的情况），此时必须调整电缆。

图2 展示了比较四组遗传上不同的果蝇品系（DGRP2 品系 371、703、810 和 897）的实验结果^12,13）。针对这四个品系，按照方案部分所述，分别收集了十组各十只未交配的雌雄果蝇的十次重复测量数.......

讨论

如代表性结果所示，REQS 能够准确测量运动中的果蝇的活动能力。REQS 具有良好的灵活性，可使研究人员探讨与运动生物学或运动干预相关的多种研究问题。本实验方案中有两个关键步骤需要特别注意。首先，必须测试 REQS 的设置，以确保数据能够从 REQS 正常传输至 DAMSystem308。如果设置不当，在旋转过程中数据线可能缠绕，有时由于磨损，REQS 与 DAMSystem308 之间的连接在旋转接头处会中断（尽管在几乎每天使用 REQS 的情况下，我们在两年内仅更换过一次连接器）。建议提前备好替换部件。其次，环境参数的一致性对实验成功至关重要。果蝇对噪音或振动非常敏感，因此在数据采集期间必须避免任何干扰。理想情况下，实验应在专用的培养箱中进行，且在实验运行期间不应打开或进入该培养箱。关注这两个关键步骤将确保从 REQS 获得高质量的数据。

虽然本文展示了如何利用REQS测量动物群体在2小时连续运动处理期间的活动情况，但REQS具有灵活性，可根据多种运动处理需求调整运动的时间和强度。此外，根据所使用的活动监测单元，该系统可进行调整，用于测量单只果蝇或数量极多的动物群体的活动。同时.......

材料

本文使用的材料清单

姓名	公司	目录编号	评论
果蝇活动监测仪	Trikinetics	LAM25H	REQS 组件
电话线解缠器	Uvital	uv20170719	REQS 组件
试管封口塞（flugs）	Genesee Scientific	49-102	果蝇培养耗材
试管	Genesee Scientific	32-120	果蝇培养耗材
果蝇培养网膜	Carolina Biological Supply	173090	果蝇培养耗材
玉米粉	Pepsico	43375	果蝇培养基
糖蜜	Golden Barrel	BLA-GAL	果蝇培养基
琼脂	Apex Bioresearch	66-103	果蝇培养基
无活性干酵母	Genesee Scientific	62-106	果蝇培养基
Tegosept	Apex Bioresearch	20-258	果蝇培养基
丙酸	Genesee Scientific	20-271	果蝇培养基