Färben Insekten für Verhaltenstests: die Paarungsverhalten von narkotisierten Drosophila
22. April 2015
Dieses Protokoll beschreibt eine einfache, kostengünstige Möglichkeit, Drosophila oder andere Insekten individuell zu identifizieren. Demonstrationsdaten, die den Paarungserfolg bei drei Drosophila-Arten untersuchen, zeigen, dass diese Methode vergleichbar oder besser ist als die Verwendung von CO2 -Anästhesie.
Das übergeordnete Ziel dieses Verfahrens ist es, Insekten auf nicht-invasive Weise sichtbar voneinander zu unterscheiden, um sie in Verhaltensexperimenten zu identifizieren. Dies wird erreicht, indem zunächst die Oberfläche von normalem Drosophila-Futter in einem Standard-Fliegenfläschchen mit einigen Tropfen Lebensmittelfarbe sichtbar gefärbt wird. Als nächstes werden die Fliegen für drei Stunden in das Fläschchen gegeben, wobei die Drosophila zu diesem Zeitpunkt eine starke Färbung des Bauches aufweisen sollte.
Paarungsversuche können beispielsweise durchgeführt werden, um zu beobachten, ob Weibchen Männchen, die in einer bestimmten Farbe gefärbt sind, attraktiver finden. Letztendlich ist diese Färbetechnik eine schnelle, einfache und nicht-invasive Möglichkeit, Insekten für eine einfache experimentelle Identifizierung zu markieren. Der Hauptvorteil dieser Technik gegenüber bestehenden Methoden, wie z. B. dem Entfernen eines Teils des Flügels der Fliege, besteht darin, dass sie schneller, weniger invasiv und weniger wahrscheinlich ist, dass sie das spätere Verhalten beeinflusst.
Diese Methode kann in einer Vielzahl von Experimenten nützlich sein, bei denen es wichtig ist, Individuen oder Klassen von Fliegen zu identifizieren. Es ist auch einfach genug, um in einfachen Experimenten in Schulen oder Hochschulen verwendet zu werden. Rudy Verse Bo und Chloe Hayes, beide Doktoranden hier an der University of Liverpool, werden diese Technik vorführen. Nachdem das Lebensmittel aufgerufen und verfestigt wurde, beginnen Sie damit, 0,5 bis einen Milliliter blaue Lebensmittelfarbe auf das Lebensmittel zu geben und den Farbstoff über die gesamte Oberfläche des Fläschchens zu verteilen.
Lagern Sie die Nahrung dann zwei Tage lang bei vier Grad Celsius, damit die Nahrung von der obersten Lebensmittelschicht aufgenommen werden kann. Als nächstes übertragen Sie die Fliegen entsprechend den Bedürfnissen des Experiments auf das Futter. Innerhalb eines Tages können die Futterfliegen leicht von den ungefärbten Fliegen unterschieden werden, um einen Paarungsversuch mit den gefärbten Fliegen durchzuführen.
Verwenden Sie einen Aspirator, um einzelne jungfräuliche Männchen in 75 x 20 Millimeter große Standard-Plastikfläschchen mit 20 Millilitern Nahrung zu überführen. Wenn Sie einen Paarungsversuch mit zwei Männchen durchführen, legen Sie die Hälfte der Männchen in jeder Behandlungsgruppe in Fläschchen mit gefärbtem Futter. Als nächstes werden neu geschlüpfte Weibchen in Gruppen von 10 Personen in Fläschchen mit frischem Futter umgefüllt.
Lassen Sie nun beide Geschlechter bei der für die Art passenden Temperatur bis zum Paarungsalter heranreifen. Wenn die Drosophila bereit sind, setzen Sie die experimentellen Männchen der gewünschten Behandlung aus. Zum Beispiel werden die anderen Fliegen mit Kohlendioxid betäubt und beschriften die Fläschchen, um sowohl den Behandlungs- als auch den Farbstatus der Fliegen am Tag vor der Studie zu identifizieren.
Bringen Sie die Weibchen in einzelne Fläschchen mit 20 Millilitern Futter, um die Fliegen an das Paarungsfläschchen zu gewöhnen, und beschriften Sie die Fläschchen mit neutralen Etiketten, um das Experiment zu blenden. Geben Sie dann ein oder zwei männliche Fliegen in jedes Paarungsfläschchen, das eine einzelne weibliche Fliege enthält. Gegebenenfalls.
Beginnen Sie den Paarungsversuch so, dass die Lichter im Brutkasten für zwei männliche Paarungsversuche aufleuchten. Achten Sie darauf, dass jedes Männchen von einer anderen Behandlung stammt und dass eine Fliege Bauchflecken aufweist. Notieren Sie die Behandlung und Färbung jeder männlichen Fliege.
Wenn die Kopulation innerhalb von zwei Stunden stattfindet, notieren Sie den Würfelstatus des Männchens, das sich für einzelne männliche Paarungsversuche paart. Notieren Sie die Zeit, zu der die Paarung beginnt und endet. Berechnen Sie dann die Daten zum Paarungserfolg, zur Latenz und zur Dauer für den Versuch.
Das beste Modell, das gefunden wurde, um die Variation in der Wirkung von Kohlendioxid zu erklären. Die Anästhesie enthält Spezies als Faktor. So zeigte in diesen repräsentativen Experimenten die Kohlendioxid-Anästhesie keinen signifikanten Einfluss auf den Paarungserfolg von Drosophila.
Pseudo obscure und Drosophila sub obscure Fliegen in zwei männlichen Versuchen für Drosophila melanogaster, jedoch wurde ein signifikant geringerer Paarungserfolg bei Männchen beobachtet, die einer Kohlendioxidanästhesie ausgesetzt waren, mit einem noch größeren Effekt, wenn Drosophila melanogaster bei der Entnahme oder einen Tag vor den Versuchen Gas ausgesetzt wurden. Bei keiner der drei Arten wurden signifikante Unterschiede in der Paarung bei Futterfliegen beobachtet, ebenso wenig wie die Einbeziehung der Behandlung in die Analyse oder der Paarungsstatus der Insekten in Einzelpaarungsversuchen. Kein Unterschied in der Paarung.
Die Latenz wurde für jede der drei Arten beobachtet, wenn Kohlendioxid-Anästhesie verwendet wurde, um kürzlich geschlüpfte erwachsene Tiere zu sammeln. Einen Effekt auf die Paarungsdauer zeigten nur Drosophila sub obskure Fliegen, wenn sie zwei Tage vor den Paarungsversuchen Kohlendioxid ausgesetzt waren. Nachdem Sie sich dieses Video angesehen haben, sollten Sie eine gute Vorstellung davon haben, wie Sie die Darmfärbung als nicht-invasive Technik zur Kennzeichnung Ihrer Fliegen während Ihrer Experimente verwenden können.
Während Sie dieses Verfahren ausprobieren, ist es wichtig, die Auswirkungen des gewünschten Farbstoffs auf Ihre Fokusspezies zu testen. Einige Farbstoffe können giftig sein und einige Farben können den Paarungserfolg direkt beeinflussen. Zum Beispiel kann rote Lebensmittelfarbe bei einigen Arten bevorzugt sein.
Hier haben wir diese Färbetechnik verwendet, um in kompetitiven Paarungsversuchen zwischen Fliegen zu unterscheiden. Es kann aber auch in einer Vielzahl anderer Experimente eingesetzt werden, in denen Fliegen individuell identifiziert werden müssen, wie z.B. Assays zur Bewertung von Aggression, Revierverteidigung, Nahrungspräferenzaktivität oder sozialem Verhalten.
Übersicht
Dieses Protokoll beschreibt eine nicht-invasive Methode zur Identifizierung einzelner Drosophila und anderer Insekten mittels Lebensmittelfarbe. Die Technik ermöglicht eine einfache Identifizierung während Verhaltensexperimenten und zeigt vergleichbare oder verbesserte Ergebnisse gegenüber traditionellen Methoden wie CO2-Anästhesie.
Wichtige Studienkomponenten
Wissenschaftsbereich
- Neurowissenschaften
- Verhaltensbiologie
- Entomologie
Hintergrund
- Die Identifizierung einzelner Insekten ist entscheidend für Verhaltensstudien.
- Traditionelle Methoden können invasiv sein und das Verhalten beeinflussen.
- Lebensmittelfarbe bietet eine schnelle und einfache Alternative.
- Diese Methode eignet sich für verschiedene experimentelle Umgebungen, einschließlich Bildungseinrichtungen.
Zweck der Studie
- Entwicklung einer nicht-invasiven Technik zur Insektenidentifizierung.
- Beurteilung der Attraktivität unterschiedlich gefärbter Männchen für Weibchen.
- Vergleich der Effektivität dieser Methode mit CO2-Anästhesie.
Verwendete Methoden
- Färben von Drosophila-Nahrung mit Lebensmittelfarbe.
- Fütterung der Fliegen mit der gefärbten Nahrung für drei Stunden.
- Durchführung von Paarungsversuchen mit gefärbten und un gefärbten Fliegen.
- Aufzeichnung des Paarungserfolgs und des Verhaltens unter kontrollierten Bedingungen.
Hauptergebnisse
- Keine signifikanten Unterschiede im Paarungserfolg zwischen gefärbten und un gefärbten Fliegen.
- CO2-Anästhesie beeinträchtigte den Paarungserfolg bei einigen Arten.
- Die Färbetechnik erwies sich als wirksam für die individuelle Identifizierung.
- Die Verhaltensauswirkungen der Farbstoffe sollten für bestimmte Arten getestet werden.
Schlussfolgerungen
- Die Lebensmittelfarbstoffmethode ist eine praktikable Alternative zur Insektenidentifizierung.
- Diese Technik ist weniger invasiv und schneller als traditionelle Methoden.
- Sie kann in verschiedenen experimentellen Kontexten über Paarungsversuche hinaus angewendet werden.
Häufig gestellte Fragen
Executive Industry Relevance
Non-invasive labeling methods are critical for maintaining behavioral assay integrity in early-stage target validation and phenotypic screening workflows. This food dye technique reduces confounding variables from invasive procedures, supporting more reliable compound screening and mechanistic de-risking in neurobehavioral discovery. The approach enables scalable, reproducible individual identification across species, aligning with enterprise needs for standardized preclinical models.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Scientific Value: Enables hypothesis testing in mating behavior assays without introducing behavioral artifacts from invasive labeling.
- Operational Value: Provides rapid, low-cost individual identification compatible with high-throughput screening designs.
- Predictive Value: Supports target validation by isolating genetic or pharmacological effects on behavior through minimized procedural noise.
Screening & Assay Development
- Scientific Value: Generates quantifiable behavioral readouts (mating success, latency, duration) with reduced technical variability.
- Operational Value: Facilitates assay standardization across laboratories through simple, transferable food-based staining.
- Scalability: Compatible with multi-well formats and automated tracking systems for compound library screening.
Translational & Preclinical Research
- Translational Continuity: Supports cross-species behavioral comparison (D. melanogaster, D. pseudoobscura, D. subobscura) for target conservation studies.
- Mechanistic De-risking: Allows assessment of gene or compound effects on behavior without anesthesia-induced confounds.
- Predictive Confidence: Enables longitudinal behavioral tracking in disease-relevant models where repeated sampling is required.
Pipeline & Workflow Integration
The method integrates into discovery biology workflows as a preprocessing step for behavioral phenotyping, preceding compound exposure and readout collection in lead identification cascades.
- Discovery Biology: Supports isolation of independent variables (e.g., genotype, treatment) by ensuring consistent individual tracking across experimental conditions.
- Screening: Enables reproducible baseline measurements essential for detecting subtle behavioral shifts in compound screens.
- Analytics: Produces categorical and temporal behavioral data (mating status, latency, duration) suitable for statistical modeling and effect size calculation.
- Translational Research: Facilitates biomarker-aligned behavioral endpoints in preclinical models of neuropsychiatric disorders.
- Enterprise Reuse: Represents a platform-agnostic labeling capability applicable across insect-based behavioral assays in academic and industrial settings.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Reduces mechanistic ambiguity by eliminating behavioral confounds from traditional labeling methods.
- Operational Value: Enhances reproducibility and cross-lab comparability through standardized, non-invasive identification.
- Strategic Value: Improves go/no-go decision confidence in early discovery by increasing assay signal-to-noise ratio.
- Portfolio Impact: Supports risk-adjusted target prioritization through cleaner phenotypic data in validation cascades.
Implementation Considerations
- Requires expertise in behavioral assay design and species-specific dye tolerance testing.
- Depends on standard laboratory equipment (vials, food coloring, aspirators) with no specialized instrumentation needed.
- Necessitates cross-team protocol standardization for dye concentration, exposure time, and color selection across model systems.
- Involves adaptation considerations for cuticle permeability and pigment absorption across insect species and developmental stages.
- Includes practical limitations such as potential dye toxicity or species-specific color preferences requiring empirical validation.
