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Research Article
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Erratum Notice
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Retraction Notice
The article Assisted Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology. View Retraction Notice
꿀벌(Apis mellifera)을 위해 개발된 코확장반응(PER) 조절프로토콜은 많은 곤충 종에서 여러 가지 학습 메커니즘을 연구하기 위한 생태학적으로 관련성이 있고 쉽게 정량화할 수 있는 수단을 제공합니다.
곤충의 생존 (예를 들면, 음식, 동료, 위협)에 대한 중요한 사건으로 그 자극을 연관의 경험을 통해 자극에 자신의 응답을 수정합니다. 곤충 두드러진 연결을 배우고이 사건에 관련이되는 여러 가지 행동 메커니즘이 있습니다. 그것은 농업을위한 유용 곤충을 지원하기위한 프로그램으로이 행동 가소성을 이해하는 것이 중요합니다. 이러한 이해는 질병 벡터와 해충의 역할을 곤충에 의해 만들어진 생물 의학 및 농업 문제에 대한 해결책을 발견하기 위해 사용될 수있다. 코 확장 응답 (PER) 조절 프로토콜은 그들이 인식하는 방법을 연구하고 꿀과 꽃가루 자원에게 생존을위한 식민지 요구 신호 꽃 냄새에 대해 배우고 50 년 이상 꿀벌 (아피스 mellifera이)를 위해 개발되었다. PER 절차는 여러 가지 중요한 생태 학적 엄청 연구를위한 강력하고 편리한 프레임 워크를 제공 채용행동 가소성의 nisms. 그것은 여러 가지 다른 곤충 종과 다른 행동 반사와 함께 사용하기위한 쉽게 적응할 수있다. 이러한 프로토콜들은 용이하게하거나 타겟 neuromodulatory 경로를 조작하기위한 전기 생리학 또는 영상화 통해 CNS에서 신경 활동을 모니터링하기위한 다양한 방법과 함께 사용될 수있다. 이 급속히 환경 스트레스, 독소 또는 농약으로 인한 동작에 치사량 효과를 검출하기위한 강력한 분석이다.
우리는 PER 프로토콜이이 절차를 사용하여 구현하는 간단 방법을 보여줍니다. 하나는 학생들을위한 또는 실험적인 치료의 효과의 빠른 분석을위한 실험실 운동으로 적합하다. 다른 하나는 행동 조절의 연구에 중요한 변수의보다 철저한 제어를 제공합니다. 우리는 hypothese 테스트하는 데 사용할 수있는 바이너리 예에서 / 아니오 대기 시간과 코 연장 기간 등 자세한 연속 변수에 이르기까지 행동 응답하는 방법을 몇 가지 조치를 보여의. 그리고, 우리는 그들이 처음 절차를 사용할 때 일반적으로 발생하는 연구자 일부 함정을 논의한다.
많은 곤충 생태 학적으로 중요한 자극에 대해 배우고, 그들은 그들의 환경에서 새로운 예측 관계에 적응하기 위해 그 자극에 자신의 행동 반응을 변경합니다. 몇 가지 다른 메커니즘이 행동 가소성의 기초 (예, 비 연관, 연관 / 파블로프 및 조건화 / 1 악기). 소성 이러한 유형의 자극이나 행동이 식품의 발생, 친구, 또는 위험과 같은 중요 이벤트와 관련된 방법에 차이가 있습니다. 가소성이 양식을 이해하는 것은 신경계가 새로운 기억이를 인코딩 변경하는 방법에 대한 기초 연구에 매우 중요합니다. 그것은 작물 생산 (꿀벌) 또는 해충으로 하나, 또한 농업 적으로 중요한 중요한 질병의 벡터 (예를 들면, 체체 파리와 모기) 및 곤충 곤충의 적응 행동을 이해하는 것이 중요합니다.
어떤 ANIM에서 행동 가소성을 공부Al을 1 필드에서 달성 아닌 다수의 변수 위에 실험 제어 레벨을 요구한다. 그것은 더 제어 된 조건 하에서 사용될 수 있으며, 아직은 천연 조건 하에서 동작에 관련되는 강력한 에어컨 프로토콜의 개발을 필요로한다. 꿀벌 (아피스 mellifera이는) 행동 소성 3,4의 제어 분석을 수행하기위한 프로토콜을 개발하는 방법에 대한 훌륭한 모델입니다. 꿀벌의 코 확장 응답 (PER)은 꿀벌은 설탕 용액과 더듬이 자극에 대한 응답으로는 코를 확장하는 자연스러운 행동 반사입니다. 꿀벌은 꽃에서 꿀을 발견하면 정상적인 먹이를 찾아 다니는 행동을하는 동안, PER가 발생합니다. 다행히 꿀벌은 쉽게 실험실에서이 간단하고 쉽게 정량화 할 수있는 동작을 전시 할 예정이다. 이 제어 된 분위기에서, 연구하는 것이 가능하게,이 생태 학적으로 중요한 행동 5 영향 메커니즘. PER의 캘리포니아N 또한 소성 (6)을 기초 행동 및 신경 메커니즘을 나타 내기 위해 설계된 다양한 처리 조건 하에서 자극 인식과 학습과 기억을 조사하기 위해 에어컨 프로토콜 내에서 사용 될 수있다.
Kuwabara 7에 의해 처음 연구하기 때문에, PER 조절 널리 비 연관, 연관 및 꿀벌 팔에 행동 가소성의 기초 조작 적 메커니즘을 나타 내기 위해 사용되었다. 이러한 메커니즘은 자유롭게 비행하는 꿀벌 (9)의 연구에서 밝혀 동일합니다. 자유롭게 비행 꿀벌의 연구 달리 PER 컨디셔닝 프로토콜은 전기 생리학 10,11 또는 뇌의 살아있는 세포 형광 이미징 12-14과 결합 될 수있다. 또한 PER 프로토콜은 neur 같은 네트워크의 특정 구성 요소의 역할에 대한 가설을 테스트하기 위해 분자 유전 학적 또는 약리학 적 치료를 통한 신경 경로의 실험 조작을 허용omodulators (15, 16). PER 프로토콜은 또한 환경 조건뿐만 아니라 건강에 독소와 꿀벌 (17)의 꼴을 효율성의 치사 효과를 평가하는 중요한 방법을 제공하고 있습니다.
이 절차는 병렬이 악취 전달 방법을 설명한다. 방법 1 냄새와 크로스 보상을 제시 저렴하고 기술적으로 간단한 방법을 제공하는 냄새와 무조건 자극 (자당) 배달의 버전입니다. 이 방법은 기본 교육에 대한 좋은 및 자동화가 가능하지 않을 때. 그것은 교실이나 교육 기관에이 기술을 소개 할 수있는 좋은 방법입니다. 더욱 어려운 작업과 악취 인식, 학습, 또는 메모리의 결합을 포함하는 생리 학적 평가 실험 컨디셔닝 동안, 정확하고 정밀하게 자극의 개시, 지속 전달의 타이밍을 조절하는 것이 매우 중요하다. 가장 신뢰할 수있는 자극 납기, 악취 전달을 자동화하는 방법을 사용ND 보상 전달의 정확한 방법. 방법 2 악취 전달 및 더 정확한 크로스 전달을 자동화 사용한다. 이것은 기술적으로 더 복잡하고 방법 1보다 더 초기 설정이 필요하지만 크게 조절에 사용 자극의 타이밍과 양의 일관성을 증가시키고, 가능한 한 사용되어야한다.
1 냄새 (조건 자극) 카트리지 설치
2 수집, 금지하고, 꿀벌 먹이
3 컨디셔닝
4 테스트
5 꿀벌의 반응을 기록
우리는 상술 PER 프로토콜의 사용이 예를 제시한다. 방법 2의 첫 번째 예를 만들어 사용은 꿀벌이 CS 5,24,25으로 사용까지 냄새 분자 유사성의 기능으로 다른 냄새를 인식하는 방법을 공부합니다. 두 번째 방법은도 1 및 연구 실험실에서 실험 컨디셔닝 PER 사용하기 시작해야 할 때 취해주의 일부의 사용의 일례이다.
이와 같은 한 연구는 13 또는 전기 생리가 26를 분석하여 영상화와 함께 꿀벌과 나방의 후각 '지각 공간'을 설명하는 데 사용되어왔다. 꿀벌은 (N = 20) (12) 앞으로 페어링 조절 시험 (그림 3A)을 통해 자당 보강 취제 데카을 연결하는 조절되었다. 꿀벌의 약 10 %는 정상 1 심에 '자발적으로'반응했다. 후 그 responde 비율꿀벌의 100 % 다섯째 시행 이후의 모든 재판에 응답 할 때까지 다음 몇 가지 실험을 통해 증가 거라고. 몇몇 연구는 응답의 증가는 몇 가지 중요한 관리 절차 3에 앞으로 페어링 상태 (그림 1) 상대에 고유 한 것으로 나타났습니다. 취득 단계 후, 각 꿀벌은 냄새 CS에 체계적으로 분자 구조에 CS 달랐다 여러 가지 다른 냄새 물질에 대한 노출을 포함 비 강화 테스트 일련의 실험 (그림 3B)을 실시 하였다. 꿀벌은 CS에 가장 강하게 반응했다. 기타 방향제 그들의 응답은 CS와 같은 적어도 취기에 낮은 반응으로, 구조 체계적인 변화의 함수로 감소 하였다.
도 4에서, 학생들은 처음으로 알게되는 최근의 공방 결과로부터, 어떻게 예시되어 사용 방법 1 꿀벌을 컨디셔닝하도록. 학생 전나무 t 자당 보강 (그림 4A)와 앞으로 페어링 methycyclohexanone (MCH) 또는 옥탄 올 (10 월)에 의해 꿀벌을 조절. 퍼센트 응답은 1 심에서 낮았다과 꿀벌 냄새 크로스 연결을 배운 것을 나타내는, 이후 시험에 증가했다. 꿀벌 학생들의 서로 다른 그룹에서 컨디셔닝 연결을 배운 정도의 차이가 있었다. 우리의 경험에 의하면, 이러한 종류의 차이는 방법 (방법 1)에서 부정확 한 요소 또는 실험자의 교육 수준, CS로서 사용 하였다 냄새에 기인 할 수있다. 세번째 경우, 성능은 빠르게 실험자 '증가 경험보다 일관된다. 에어컨 후 각 꿀벌은 각각의 냄새로 두 번 테스트되었습니다. 10월 또는 MCH의 앞으로 페어링을 조절했다 꿀벌의 그룹에서, 응답으로, 에어컨 냄새 (그림 4B)에 대한 강한 기대했다.
천만에 "> 10월에 페어링을 앞으로 경험 꿀벌의 두 번째 그룹은 냄새 OCT를 이전 버전과의 크로스와 결합 된 다른 그룹에 병렬로 조절되었다. 이전 버전과의 페어링이 입증하는 관리 절차의 여러 종류 중 하나입니다 해당 응답의 증가 이전 버전과의 페어링, 자당 미국과 냄새 CS는 그림 1에 나타낸 것과 반대 순서로 제시 등의 과민 반응에서 비특이적 자극으로 페어링을 전달할 특정하고 다른 프로세스로 인해되지 않습니다.. 취득 데이터를 이전 버전과의 페어링에서 아르 CR은 수크로오스 테이션 후의 냄새 CS의 프리젠 테이션을 부여 획득 할 수 없기 때문에 도시되지. 연관 컨디셔닝 예측되는 바와 같이, 10월에 응답 수준은 후방 기 (도 4C)에 순방향 페어링 그룹 상대적으로 높았다.7fig1highres.jpg "폭 ="500 "/>
그림 조절을위한 실험 설계의 1 다이어그램을 앞으로 페어링을 사용.보기이 그림에서 사용하는 용어의 정의는 표 1을 참조하십시오. (A) CS (냄새) 앞에 미국 (크로스 / 수용액)와 겹칩니다. 표시된 CS와 미국의 관계는 조화 꿀벌과 나방에 최적입니다. 그러나 최적의 ISI는 조절 프로토콜과 동물의 종 하나에 따라 달라질 수 있습니다. (B) 고장 및 CS, CR, 미국, UR의 상대 타이밍을. 미국의 발표 이전 또는 비 강화 '시험'시험 중 하나를 발생하는 CR 실험 프로토콜에 따라 측정 한 것입니다.

도 2의 카트리지 재사용 냄새 고갈. 이들 데이터의 경우, 악취 카트리지이었다셋업 헥산으로 텍스트에 기술 된 바와 같이. 헥산 일반적 PER 연구에서 CS로 사용된다; 그러나, 고갈의 실제 속도는 냄새와 용매에 따라 달라집니다. 카트리지는 4 초 (40 용도와 동일 할 표준 실험에서 5 꿀벌 / 재판 가정) 8 시험을 통해 모든 분에 대해 한 번 사용되었다. PER 실험에 대한 상대적 표준이었다 표시된 용제에 희석, 2.0 M (A) 및 0.2 M (B)이었다. (A는, B) 악취 제 고상 위에 흡착 여덟째 시험 후에 채취 다음, 가스 크로마토 그래피에 탈착 된 마이크로 추출 (SPME) 섬유. 피크에서 상대 지역은 모두 용매에 대한 여덟째에 대한 첫 번째 시험 상대 후 모두 농도에 대한 더 높았다 (윌 콕슨이 일치하는 쌍으로 서명 순위 테스트 P <0.05 [*] 이상), 적은 냄새를 카트리지에서 전달 된 것을 알 수있는 카트리지 횟수. (C, D) 단지 여덟째 TR 보여주는 동일한 데이터를 사용되었던 후에 확장 y 축으로 IAL. 이는 공핍 광유 헥산 상대적인 약간 큰, 오직 낮은 농도의 것을 나타낸다.

그림 3 수집 및 테스트 CS 및 공기에 대한 방법이 아니라 데카 사용. (A) 시험 별 시험 12 앞으로 페어링 시험 (그림 1) 이상 반응 (CR). 데이터는 5 꿀벌 각각의 네 그룹으로 조절 N = 20 꿀벌에서 있습니다. ISI는 3 초이고 ITI은 6 분이었다. (B)의 탄소 사슬 길이 및 / 또는 카르 보닐 탄소의 위치에 의해 다르다 데카 악취를 이용한 비 강화 테스트. 냄새는 네 그룹에 걸쳐 무작위 직렬로 제시하고, CR의 소멸을 방지하기 위해 데카 날 (매 시험 2-3)로 보강 산재 시험 하였다.

| 용어 (약어) | 정의 | 관련 예 |
| 조건 자극 (CS) | 처음에 거의 또는 전혀 반응을 이끌어 미국을 신호 자극 | 냄새 |
| 조건 반응 (CR) | 미국과의 관계 후 CS에 대한 응답 | 코 EXTENSION |
| 무조건 자극 (US) | 반응을 유도하는 중요한 생물학적 자극 | 자당 / 물 솔루션 |
| 무조건 반응 (UR) | 미국에 대한 응답 | 코 EXTENSION |
| 간 자극 간격 (ISI) | 미국의 CS의 발병과 발병 사이의 시간 | 자당 간격 냄새 |
| 간 시험 간격 (ITI) | 하나의 동물에 대한 연속 CS-US 상대 팀 사이의 시간 | 냄새에 냄새 (시험 N) (시험 N + 1) 간격 |
표 1 임으로 중요 용어. 협회의 다른 유형 있지만, CR과 UR이 같은 에어컨 PER은. 이러한 용어의 그림 1을 참조하고, CR과 UR이 다를 수 있습니다 반사.
영화 1. 이 냄새에 반응하도록 조정했다 후 PER을 수행하는 꿀벌의 비디오. 약 1.5 초 악취 발생 다음 꿀벌의 PER 응답을합니다. 추적 소프트웨어는 악취의 프리젠 테이션에 응답하여 더듬이 움직임을 매핑. 영상의 상부 우측 코너에 플롯 라인 더듬이 실제 움직임을 묘사한다. X (왼쪽)와 Y의 화면 표시 더듬이 움직임 아래쪽의 두 그래프 (오른쪽)의 좌표. 비디오에 표시된 그래프의 수직 라인이, 오른쪽, 조명 ON, PER 왼쪽, 표시 소등 및 후퇴 코끼리 코.
저자는 공개할 이해 상충이 없습니다.
꿀벌(Apis mellifera)을 위해 개발된 코확장반응(PER) 조절프로토콜은 많은 곤충 종에서 여러 가지 학습 메커니즘을 연구하기 위한 생태학적으로 관련성이 있고 쉽게 정량화할 수 있는 수단을 제공합니다.
(; BH 스미스 공동 PI J Trumble PI)와 애리조나 주립 대학이 연구는 NIH NCRR (BHS에 R01 RR014166), NIH NIDCD (R01 DC011422 BHS 공동 PI), 미국 농무부 (USDA)에서 자금을 지원했다. 학생 (그림 4의 데이터)를 훈련 워크숍 자금은 칠레의 과학 재단에 의해 제공되었다.
| 설탕: | 시그마-알드리치 | S9378-1KG | |
| Odorant Compounds (예: ) | |||
| 추가 | 예시를 위해 | 1-헥산올Sigma-Aldrich | 471402-100ML |
| 2-옥타논 | Sigma-Aldrich | W280208-800G-K | 의 냄새 물질, 다음 중 어떤 것 |
| 이라도 참조하십시오 헵탄올 | Sigma-Aldrich | 51778-5ML | 후각에 관한 논문 |
| gerianol | Sigma-Aldrich | 163333-25G | 가공& |
| nbsp; 노노 항문 | 시그마 - 알드리치 | 131210-100ML | 스미스 연구실 벽지 |
| 헥산 | Sigma-Aldrich | 296090-1L | |
| 중광 오일 | Sigma-Aldrich | 330760-1L | 반드시 확인하세요' 무취. |
| 에탄올 | Sigma-Aldrich | 459836-1L | |
| 섬광 바이알 | Sigma-Aldrich | Z190535-1PAK | 작은 드릴 비트를 사용하여 바이알 캡에 작은 구멍을 뚫습니다. |
| 꿀벌 하네스 | 직경 0.9cm 플라스틱 소다 빨대 또는 단단한 플라스틱/금속 튜브로 맞춤 제작됩니다. | ||
| 덕트 테이프 | |||
| Kimwipes | Sigma-Aldrich | Z188956-1PAK | |
| 세척 병 | Sigma-Aldrich | Z560847-3EA | 70% 에탄올용. |
| 건조기 튜브 | |||
| FOR METHOD 1 전용 | |||
| 20ml 일회용 플라스틱 주사기 | Cole-Parmer | WU-07945-18 | |
| 15mm 여과지 서클 | Sigma-Aldrich | Z274844-1PAK | |
| 푸시핀 | |||
| 이쑤시개 | |||
| FOR METHOD 2 전용 | |||
| Gilmont 마이크로미터 주사기, 0.2ml | Cole-Parmer | EW-07840-00 | |
| Gilmont 마이크로미터 주사기 팁 | Cole-Parmer | EW-07841-00 | |
| 26 G 3/8" Leur 허브 피하 주사 바늘 | Fisher Scientific | 14-826-10 | |
| 1cc 투베르쿨린 주사기(플라스틱/유리) | Sigma-Aldrich | Z181641-1EA 또는 Z192090-200EA | 유리 투베르쿨린 주사기를 사용할 수 있지만 플라스틱 주사기는 훨씬 저렴하고 제한된 횟수의 용도에 적합합니다. |
| 소형 고무/실리콘 제한 장치 | Cole-Parmer | EW-95702-02 | 4.8mm 외경 실리콘 튜브 또는 1cc 주사기 플런저의 고무 팁으로 제작되었습니다. |
| [header] | |||
| Parafilm | Sigma-Aldrich | P7793-1EA | |
| 75 x 100 mm 여과지 | Sigma-Aldrich | Z695106-500EA | |
| Direct Logic 05 Programmable Logic Controller | Koyo Electronics Industries Co, Ltd | ||
| 1mm, 4mm 및 6mm 내경 PVC 또는 실리콘 튜빙 | Cole-Parmer | 다양한 | Cole-Parmer에는 다양한 적합한 튜빙 |
| 폴리프로필렌 커넥터 및 류어 피팅 | Cole-Parmer | 다양한 | Cole-Parmer는 다양한 튜브 크기에 맞는 다양한 커넥터 및 피팅을 보유하고 있습니다. |
| 65mm 상관 유량계 | Cole-Parmer | EW-03216-08 | 유리 플로트가있는 알루미늄, 액체 및 가스 용, 밸브 포함. |
| 또는 | |||
| Tetra Whisper 300 (Tetratek DW96-2) 수족관 공기 펌프 | Aquacave | AE-TETRA-300 | |
| LIF 시리즈 .042 " ID 튜빙, 구성 "E" | The Lee Company | LFAA1200118H | 네오프렌, 430 SS, 302 SS, 280 mW |
| PC 보드 12VDC 70dB 피에조 부저 | RadioShack | 273-074 | |