本文介绍了一种使用智能手机和发光二极管（LED）光源箱等 readily available 物品记录秀丽隐杆线虫（Caenorhabditis elegans）草坪回避行为的简单且低成本方法。我们还提供了一个 Python 脚本，用于将视频文件处理为更便于计数的格式。
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本文内容
摘要
摘要
当暴露于有毒或致病性细菌时，线虫Caenorhabditis elegans会表现出一种习得性的菌落回避行为，即蠕虫逐渐离开其食物来源，更倾向于停留在细菌菌落之外。该检测方法可简便地评估蠕虫感知外部或内部信号并对其有害环境做出适当反应的能力。尽管该实验方法简单，但计数过程耗时，尤其在处理多个样本或实验持续过夜时对研究人员而言十分不便。虽然能够长时间对多块培养板进行成像的成像系统具有实用性，但成本较高。本文中，我们描述了一种基于智能手机的成像方法，用于记录C. elegans的菌落回避行为。该方法仅需一部智能手机和一个发光二极管（LED）光源箱，作为透射光源。通过使用免费的延时摄影应用程序，每部手机可同时对最多六块培养板进行成像，图像具有足够的清晰度和对比度，便于人工统计菌落外的蠕虫数量。所获得的视频被处理为每小时时间点对应的10秒音频视频交错（AVI）文件，随后裁剪为单独显示每块培养板的画面，以更便于计数。该方法是一种经济高效的方案，适用于希望研究回避缺陷的研究人员，并且有望扩展应用于其他C. elegans行为检测实验。
引言
在研究的众多优势中 秀丽隐杆线虫其简单的神经系统为研究基因和细胞水平的变化如何影响神经网络功能和行为输出提供了机会。尽管神经元数量有限， 秀丽隐杆线虫 表现出多种复杂行为。其中一种是避菌行为，即以细菌为食的线虫在面对有害食物来源时会离开细菌菌落。 秀丽隐杆线虫 避免病原菌的菌苔生长1,2,3产生毒素或添加了毒素的细菌菌苔1,4，甚至是表达RNAi且其靶基因敲低对线虫健康有害的细菌4,5研究表明，线虫会对病原细菌产生的代谢物等外部刺激作出反应1,6，或表明食物使其生病的内部信号4,7这些信号通过保守的信号通路进行传递，例如丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）通路和转化生长因子β（TGFβ）通路，并且需要肠道与神经系统之间的相互通讯。
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方案
1. 设置成像装置（图1A-E）
- 确保配备满足以下最低要求的智能手机摄像头：
12 百万像素（MP）摄像头
1080p 分辨率视频
5 GB 存储空间（20 分钟视频约为 3–4 GB）
从应用商店下载延时摄影应用程序（可免费获取） - 将 LED 光源箱放置于 25 °C 培养箱的底层搁架上，实验将在该培养箱中进行。
- 为遮盖 LED 光源表面的点状图案，铺上两张纸巾以完全覆盖 LED 箱表面。
- 为样品制作一个抬高的平台（图 1A、D）。该抬高平台由透明塑料片构成，由中空的矩形隧道支撑。这些隧道起到聚光器的作用，可聚焦光线，从而提高样品的成像对比度（图 1C）。确保隧道壁具有一定的暗度，以减少光散射。本研究使用了棕色纸盒。隧道尺寸为 5.5 cm × 17 cm × 4.5 cm（宽 × 长 × 高）。LED 光源箱最多可容纳五个隧道。
- 在平台上方安装另一层搁架，用于放置用于录制的手机（图 1B、E
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结果
由该实验方案生成的第一个视频是从实验开始后1小时拍摄的。0小时的视频未被保存，因为线虫在菌苔内部开始实验，此时占据率始终为100%。
将野生型 N2 线虫与 npr-1 突变体进行比较，后者在文献中已有明确报道存在菌苔回避缺陷6,10（图 3A-E）。如野生型所示，线虫会逐渐离开菌苔并停留在外部区域（图 3A、B）。实验结果以图表形式展示随时间变化的占据率（图 3B）。在视频中可清晰观察到菌苔外的线虫，而位于浓密菌苔内部的线虫则较难分辨（图 3D、E）。但由于每块培养皿中恰好有 .......
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讨论
对动物行为进行成像记录，而非依赖直接观察，不仅操作便捷，而且具有留下可视化记录的优势。这使得客观的第三方可以进行盲法分析，甚至可用于基于图像识别技术的自动化分析。尽管存在这些优势，但通常可获得的标准设备成本较高，因此一旦购买，用户便需长期依赖该固定配置。
使用智能手机采集简单的秀丽隐杆线虫（C. elegans）行为视频具有多项优势。该方法对技术知识的要求极低，且设置极为简便，所需物品易于获取且成本低廉。另一优势在于智能手机的便携性——其体积小巧，可置于狭小空间内；同时因其自带存储功能，无需连接计算机。这使得实验装置可灵活放置于任何位置，即使空间极为有限亦可实现。将录制的视频文件转移至计算机也非常方便——由于视频采用压缩的MPEG-4格式编码，文件体积不大。当具备无线传输文件的条件时，文件传输尤为便捷。
由于在成像时未使用任何放大，视频中捕捉到的线虫仅由几个像素组成。L4期线虫刚好足够大，可以在无放大条件下被捕捉，但较小的像素尺寸限制了其在高质量图像识别和运动追踪中的应用。使用较新型号提供的变焦镜头或加装变焦.......
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披露
未声明任何利益冲突。
致谢
感谢李德仲对稿件的审阅以及对Python代码的测试。本研究由韩国国家研究基金会资助，项目编号为2017R1A5A2015369（K.-h.Y.）和2019R1C1C1008708（K.-h.Y.）。
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材料
| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 35 mm 培养皿 | SPL | #10035 | |
| 细菌用琼脂 | BD | #214010 | |
| 细菌用蛋白胨 | BD | #211677 | |
| CaCl2 | DAEJUNG | 2507-1400 | |
| 胆固醇 | BioBasic | CD0122 | |
| 磷酸氢二钾 (K2HPO4) | JUNSEI | 84120-0350 | |
| 甘油 | BioBasic | GB0232 | |
| King B 肉汤 | MB cell | MB-K0827 | |
| 多面板 LED 光箱 | Artmate | N/A | 这是一种 USB 供电的 LED 透写台，用于描图和绘图。Artmate 是一个韩国品牌，但在任何搜索引擎中搜索“"用于描图的 LED 光箱"”均可找到其他品牌的多种选择。整体尺寸约为 9" x 12"（A4 尺寸）。例如，来自亚马逊美国站：https://www.amazon.com/LITENERGY-Ultra-Thin-Adjustable-Streaming-Stenciling/dp/B07H7FLJX1/ref=sr_1_5?crid=YMYU0VYY226R&keywords= LED%2Blight%2Bbox&qid=1674183224&sprefix =led%2Blight%2Bbo%2Caps%2C270&sr=8-5&th=1 |
| MgSO4 | DAEJUNG | 5514-4400 | |
| 塑料文件套（透明） | Smead | #85753 | 任何具有一定硬度的透明塑料片均可用作平台。例如，来自亚马逊美国站：https://www.amazon.com/Smead-Organized-Translucent-Project-85753/dp/B07HJTRCT7/ref=psdc_1069554_t3_B09J48GXQ 8 |
| 磷酸二氢钾 (KH2PO4) | JUNSEI | 84185-0350 | |
| 电源插座排插 | 为容纳 3 部手机和 1 个 LED 光箱，至少需要 4 个插座。 | ||
| 智能手机 | N/A | N/A | 最低要求：1200 万像素广角摄像头，支持 30 fps 的 1080p 高清视频录制 |
| 氯化钠(NaCl) | DAEJUNG | #7548-4100 | |
| 无水磷酸氢二钠 (Na2HPO4) | YAKURI | #31727 |
参考文献
- Pradel, E., et al. Detection and avoidance of a natural product from the pathogenic bacterium Serratia marcescens by Caenorhabditis elegans. Proceedings of the National Academy of Sciences. 104 (7), 2295-2300 (2007).
- Reddy, K. C., Hunter, R. C., Bhatla, N., Newman, D. K., Kim, D. H.
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重印与许可
