RESEARCH
Peer reviewed scientific video journal
Video encyclopedia of advanced research methods
Visualizing science through experiment videos
EDUCATION
Video textbooks for undergraduate courses
Visual demonstrations of key scientific experiments
BUSINESS
Video textbooks for business education
OTHERS
Interactive video based quizzes for formative assessments
Products
RESEARCH
JoVE Journal
Peer reviewed scientific video journal
JoVE Encyclopedia of Experiments
Video encyclopedia of advanced research methods
EDUCATION
JoVE Core
Video textbooks for undergraduates
JoVE Science Education
Visual demonstrations of key scientific experiments
JoVE Lab Manual
Videos of experiments for undergraduate lab courses
BUSINESS
JoVE Business
Video textbooks for business education
Solutions
Language
ko_KR
Menu
Menu
Menu
Menu
A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.
Research Article
Andrea Soto-Padilla1,2, Rick Ruijsink3, Mark Span4, Hedderik van Rijn*4, Jean-Christophe Billeter*1
1Groningen Institute for Evolutionary Life Sciences,University of Groningen, 2Department of Cell Biology, University of Groningen,University Medical Center Groningen, 3Ruijsink Dynamic Engineering, 4Department of Psychology,University of Groningen
Please note that some of the translations on this page are AI generated. Click here for the English version.
Erratum Notice
Important: There has been an erratum issued for this article. View Erratum Notice
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Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology.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
여기 우리는 자동으로 시간과 공간에 신속 하 고 정확한 온도 변화를 생성 하는 프로그래밍 가능 온도 제어 경기장을 사용 하 여 온도 변화에 초파리 의 운동 성능을 결정 하는 프로토콜을 제시.
온도 종 배포 하 고 작동 하는 방법에 영향을 미치는 유비쿼터스 환경 요소 이다. 초파리 초파리의 다른 종은 그들의 생리 적인 포용 력과 적응성에 따라 온도 변화에 대 한 특정 응답 있다. 초파리 파리 또한 온도 감지 온도 ectotherms에 처리의 신경 기초를 이해 하는 데 기본 되는 시스템을가지고. 선물이 여기 신속 하 고 정확한 온도 변화 온도 변화에 개별 응답을 탐험을 시간적, 공간적 제어를 허용 하는 온도 제어 경기장. 개별 파리는 경기장에 배치 하 고 균일 한 점진적 증가 반응 규범을 결정 하는 온도 또는 공간적으로 분산된 온도 환경 설정을 확인 하려면 동시에 같은 전에 미리 프로그램 된 온도, 노출. 개인 자동으로 추적, 속도 위치 기본 설정의 정량화를 허용 합니다. 이 메서드는 빠르게 다양 한 초파리 의 온도 성능 곡선을 결정 하는 온도 또는 유사한 크기의 다른 곤충 응답 척도를 사용할 수 있습니다. 또한, 그것은 온도 환경과 돌연변이 또는 야생-타입 파리의 반응 척도를 유전자 연구에 대 한 사용할 수 있습니다. 이 메서드는 열 종 분화와 적응, 뿐만 아니라 온도 처리 뒤에 신경 메커니즘의 기초를 밝히기 도울 수 있습니다.
온도 어떻게 유기 체 기능 및1동작에 영향을 미치는 일정 한 환경 요소 이다. 위도 및 고도에 차이 유기 체 온도2,3에 대 한 답변에 대 한 진화 선택이 결과에 노출 되는 기후의 유형에 차이 이어질. 유기 체는4그들의 특정 환경 성능을 극대화 하는 형태, 생리, 및 행동 적응을 통해 다른 온도에 응답. 예를 들어, 초파리 melanogaster과일 파리에서 다른 지역에서 인구는 다른 온도, 신체 크기, 개발 시간, 장 수, 통치, 환경과 걷는 성능 다른 온도2에 ,5,,67. 다른 근원의 파리 사이 관찰 하는 다양성 유전 변이 및 플라스틱 유전자 식8,9부분에서 설명 합니다. 마찬가지로, 다른 지역에서 초파리 종 다르게 온도 그라디언트 가운데 고 극단적인 열 및 감기 테스트10,,1112에 저항에서 차이 보여.
초파리 도 최근 온도 인식13,14,15,,1617의 유전과 신경 기초를 이해 하는 선택의 모델 되고있다. 성인 파리는 안테나에 춥고 뜨거운 주변 온도 센서를 통해 및 뇌13,14,,1516 에 온도 센서를 통해 온도 인식 하는 광범위 하 게, , 17 , 18 , 19 , 20. 뜨거운 온도 대 한 주변 수용 체 Gr28b.d16 또는 Pyrexia21표현, 주변 동안 찬 수용 체는 Brivido14특징. 뇌에서 온도 TrpA115를 표현 하는 신경에 의해 처리 됩니다. 이 통로의 돌연변이에 행동 연구 온도 처리 하는 방법에 대 한 우리의 이해를 개선 하 고 다른 지역에서 초파리 의 인구 가운데 다 메커니즘에 통찰력을 제공.
여기 우리는 신속 하 고 정확한 온도 변화를 일으키는 온도 제어 분야를 설명 합니다. 수 사관 프로그램 할 수 미리 이러한 변화, 인간의 개입 없이 표준화 하 고 반복 가능한 온도 조작에 대 한 수 있습니다. 파리는 기록 하 고 추적 하는 실험의 다른 단계에서 그들의 위치와 속도 결정 하기 위해 전문된 소프트웨어와 함께. 이 프로토콜에서 제시 하는 주요 측정 개별 열 적응성5를 식별할 수 있는 생리 적 성과의 생태학적으로 관련 색인 이기 때문에 다른 온도에 걷는 속도입니다. 온도 수용 체 돌연변이, 함께이 기술은 셀룰러 및 생 화 확 적인 수준에서 열 적응의 메커니즘을 밝힐 수. 있습니다
1입니다. 비행 음식 매체의 준비
2입니다. 파리의 준비
3입니다. 빛의 구조
4. 온도 제어 분야
5. 온도 행동 실험
6. 비디오 추적 및 데이터 분석
3 구리 타일의 온도 개별적으로 프로그래밍 가능한 회로 통해 통제 될 수 있다 (그림 1A) 온도 제어 분야에 의하여 이루어져 있다. 각 구리 타일 프로그래밍 가능한 회로 피드백을 제공 하는 온도 센서를가지고 있습니다. 회로 전원 공급 장치 각 타일의 온도 증가를 활성화 합니다. 수동 열전 요소는 팬에 의해 냉각 방열판 일정 한 냉각을 제공 하는 동안 원하는 온도 유지 하기 위해 일정 난방 요소 역할을 합니다. 온도 변화의 크기는 비 선형 방식으로 프로세스의 속도를 결정합니다. 2 ° C의 증가 필요에 0.1 s, 18 ° C의 증가 필요 합니다 4 s. 프로그래밍 가능한 회로 (그림 1C)에 연결 된 화면 타일의 각 온도 센서에 의해 측정 온도의 사용자를 알려줍니다. 구리 타일 50 ° C (그림 1B 및 1 C) 반도체 주위에서 끊임없이 열 하는 알루미늄 반지에 의해 포위 된다. 이 반지는 비행 아레나 (그림 1C), 파리는 배치 영역의 가장자리를 형성 한다. 비행 아레나 파리 걸 수 있지만 비행 하지 보장 3 m m 높은 공간을 제공 하는 시 유리 덮개 (그림 1A 및 1c), 적용 됩니다. 비행 아레나 옆은 다른 실험 단계를 표시 하도록 프로그래밍 될 수 있다 2 개의 빨간 Led (그림 1C). 예를 들어 그림 2A에 표시 된 결과 대 한 각 LED가 관련 다른 온도, 그림 2B에 각 LED 나타냅니다 60 s. FlySteps 소프트웨어는 때 나타내는 Led의 각각, 그리고 연구원 실험 단계 온도 또는 시간에 따라 자동으로 결정을 다음이 정보를 사용할 수 있습니다 등록할 수 있습니다.
온도 제어 아레나 동적 온도 변화에 다른 유전 배경에서 파리의 행동 대응 비교를 사용할 수 있습니다. 예를 들어 파리 다른 종에서 점차적으로 증가 하는 온도 (그림 3) 열 성능에서 차이 비교 하에 노출 될 수 있습니다. 모든 종족의 속도 증가 온도 최대 성능, 이후 그것은 부패 하 고 죽 었 소의 지점에 도달할 때까지 증가 합니다. 그러나, 각 종 특정 최대 응답 속도와 열 공차 특정 응답 곡선을 있다. 이전 보고서와는 다른 종에서 초파리 발달 타이밍, 장 수, 통치, 신체 치수, 성적 통신 및 온도 공차3,6,7 사이 다 ,,822. 따라서, 온도 기울기에서 종의 운동의 우리의 설명 작업의이 본문에 추가합니다.
온도 제어 분야 탐구 실험 온도에 따라 컨디셔닝에 대 한 응답을 사용할 수 있습니다. 이 접근의 가장 간단한 형태는 파리 될 측면을 온난 하 여 다른 분야의 1 개의 측 피해23,,2425선호 하 훈련 한 조작 컨디셔닝 패러다임 이다. 우리는 편안한 22 ° C (그림 4)에서 다른 쪽 타일을 떠나 있는 동안 40 ° C는 중간에 측면 타일 중 하나를 개별 파리 노출. 야생-타입 파리는 신속 하 게 경기장을 따라 이동 중지 하 고 편안한 위치에 남아 있었다. 대조적으로, 고전적인 메모리 돌연변이 무지 렁이 경기장을 탐험 계속 하 고 편안한 위치에 컨트롤 보다 더 적은 시간을 보냈다. 모든 타일은 22 ° C로 설정 하 고 치료 그룹 간의 비교 했다 야생-타입 파리의 성능 및 무지 렁이 돌연변이 차이 더 크게 되었다. 무지 렁이 돌연변이 또한 야생-타입 파리 (그림 4)에 비해 교육 및 테스트 단계 사이의 큰 차이 보였다. 이러한 결과에 편안한 위치에 남아 있는 메모리의 영향을 건의 한다.
온도 및 위치 조합 동적 온도 변화 하는 동안 다른 온도 수용 체의 기능을 이해 하는 데 유용 있습니다. 우리가 증가 하는 온도를 개별 D. melanogaster Gr28b.d 및 TrpA1GAL4 돌연변이 노출 (2 ° C 증가 마다 60 s) 22 ° C (그림 5)에서 편안 하 게 위치를 제공 하는 동안. 편안한 위치 이동 왼쪽에서 오른쪽, 그리고 반대로, 반복 당. 결과 그들은 온도 증가 편안한 위치에 더 많은 시간을 보내고 주변 온도 수용 체 Gr28b.d 돌연변이 컨트롤 처럼 동작을 보여준다. 그러나, 뇌 온도 수용 체 TrpA1GAL4 돌연변이 온도 증가 의해 영향을 받지 않습니다 및 경기장에 그들의 위치를 변경 하지 마십시오. 증가 TrpA1GAL4 돌연변이의 곡선에서 감소 되었다 편안 하 고 남아 있다 그 단계 전에 이미 편안한 위치에 앉아 파리에 효과 보여준다. 봉우리의 일관성과 TrpA1GAL4 의 곡선의 골짜기 제안이 파리; 실험의 대부분을 위해 아직도 남아 따라서, 그들은 끊임없이 그들의 위치는 편안 하 게 간주 한 때 계산 했다. 이 결론은 녹화 비디오의 시각적 검사에 의해 확인 되었다. 이전 파리 감각 온도 TrpA1에 따라 주요 중앙 메커니즘을 보유 하 고 그 주변 인식 빠르고 큰 변화를 제안 하는 생리 적 보고서 Gr28b.d17 에 의존 하지 않는 이러한 결과 지원 14,21.

그림 1: 온도 제어 분야의 다이어그램. (A)는 온도 제어 분야의 측면 볼 수 있습니다. 프로그래밍 가능한 회로 그들의 온도 제어 하는 구리 타일에서 히터에 전원 공급 및 온도 센서를 연결 합니다. 타일 끊임없이 방열판 팬에 연결을 통해 냉각 된다. 열띤된 알루미늄 반지는 유리 커버 달려 주변 타일. (B) 열에서 24 ° C (위)와 24 ° C에서 30 ° C (아래)에서 중간 타일 쪽 타일 타일을 보여주는 영상. (C) 분야의 최고 보기. 카메라 구리 도와, 알루미늄 반지, 그리고 빨간색 led가 기록 후 자동으로 실험 단계를 결정 합니다. 카메라에 의해 기록 되지 상자의 모서리에 있는 화면에는 현재 타일 온도를 표시 됩니다. (D) 빛의 반지: 백서에서 덮은 나무 상자 안에 두 개의 따뜻한 백색 LED 스트립 보장 전체 경기장의 일정 한 대칭 조명. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.

그림 2: 파리 온도 프로토콜을 시작 하기 전에 경기장에 적응 해야 합니다. (A) 단일 남성 파리 경기장에 소개 되었고 이후 온도가 증가 시작 1 분 동안 일정 16 ° C에서 찾아보기 수 있습니다. (B) 단일 파리 16 ° C, 20 ° C, 또는 24 ° C에 노출 (그룹 차이가; 양방향 ANOVA F (2,570) = 4.156, p = 0.162) 높은 운동 5 분 후 보다 실험의 시작 부분에 있다 (양방향 RM ANOVA F (9,570) = 7.803, p < 0.0001). 데이터는 의미와 20 처녀 여성 파리 5 ~ 7 한 일 동안 테스트의 평균 (± SEM)의 표준 오차. 별표 나타냅니다 그룹 간의 중요 한 차이 (* * * p < 0.0001; Tukey의 다중 비교 테스트, p = 0.05). 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.

그림 3: 운동 5 초파리 종 점차적으로 증가 하는 온도에 노출의. 개별 남성 (파란색), 온화한 열 대 (빨강)에서 파리와 코스모폴리탄 (갈색) 초파리 종 증가 온도 기울기에 노출 됐다 (2 ° C 마다 60 s) 16, 46 ° C. 사이의 첫 번째 7 분 파리 경기장을 찾아보기 수 있도록 22 ° C에서 끊임없이 했다. 종 크게 달랐다 (양방향 RM ANOVA F(4,70) 28.46, p < 0.001 =). (a) D. melanogaster (갈색; 동그라미 가득) 경기장에 도입 되었을 때 더 빨리 했다. (b) D. yakuba (빨간; 빈 사각형) 빠른으로 온도가 증가 했다. (c) D. suzukii (갈색 채워진 사각형)은 최대 성능 지점에서 다른 국제적인 파리 보다 느립니다. (d) D. simulans (브라운, 원 빈) D. melanogaster의 최대 시점에서 부패에. 각 포인트 15 남성 파리 5 ~ 7 일 오래 된 몇 일 동안 테스트의 평균을 (± SEM)를 나타냅니다. 의미 표시 기호 (♦ 모든 p < 0.0001; 차이 = † D. melanogaster, 제외 하 고 모두에서 차이 = p < 0.0001; • D. melanogaster, 차이 = p < 0.01; ¢ D. melanogaster, p에서 차이 = < 0.001; 명명 된 그룹, p < 0.0001;의 차이 = Tukey의 다중 비교 테스트, p = 0.05). 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.

그림 4: 온도 제어 분야 기사 조절에 사용할 수 있습니다. D. melanogaster 구획-S 스트레인 (야생-타입; 검은 테두리) dnc1 (무지 렁이; 빨간 테두리) 돌연변이 선호 하 22 ° C에서 측면 타일 중간 온난 후 반대 측면 타일 (교육, 아니 4 분 동안 40 ° C에 훈련 했다 패턴)입니다. 가 열 영역의 메모리 다음 22 ° c (테스트, 그리드 패턴) 모든 타일을 설정 하 여 테스트 됩니다. 파리 절반은 실험의 왼쪽에 타일 다음 나머지 절반에서 오른쪽에 타일을 선호 하는 조절 했다. 학습 및 테스트 하는 동안 22 ° C에서 타일 내부 총 시간 비율 공연 비교 측정 했다. 그룹은 크게 다른 (일방통행 ANOVA F(3,76) 23.23, p < 0.0001 =), 무지 렁이 전반적으로 야생-타입 보다 더 수행으로. 데이터는 20 처녀 여성 파리 5 ~ 7 일 오래 된 몇 일 동안 테스트의 평균 (± SEM). 별표 표시 그룹 간의 의미 차이 (* * * p > 0.0001; * * * p > 0.001; * * p > 0.01; Tukey의 다중 비교 테스트, p = 0.05) 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.

그림 5: 편안한 위치를 제공 하는 경우 온도 증가 하는 온도 돌연변이의 응답. 온도 돌연변이 Gr28b.d (그린, 사각형) 컨트롤 (w1118, 블랙; 원) 온도 증가로 편안한 영역에서 시간 비율을 증가 하 여 응답 (양방향 RM ANOVA F (1,38) = 0.5107, p = 0.479). 그들은 증가 하지 시간 편안한 영역에서 온도 증가할수록 TrpA1GAL4 돌연변이 (노란색; 삼각형)는 컨트롤 (w1118, 블랙), 다른 (양방향 RM ANOVA F (1,38) = 1.670, p = 0.019). 데이터는 20 남성 파리 5 ~ 7 일 오래 된 몇 일 동안 테스트의 평균 (± SEM). TrpA1GAL4 는 크게 다른 Gr28b.d 및 제어 (p < 0.05; Tukey의 다중 비교 테스트, p = 0.05). 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
저자 들은 아무 경쟁 금융 관심사 선언 합니다.
여기 우리는 자동으로 시간과 공간에 신속 하 고 정확한 온도 변화를 생성 하는 프로그래밍 가능 온도 제어 경기장을 사용 하 여 온도 변화에 초파리 의 운동 성능을 결정 하는 프로토콜을 제시.
이 작품 일부에 의해 지원 되었다 장학금 Behavioural 그로 닝 겐 대학 및 대학원 장학금 Consejo 나시오날 드 많은 y 멕시코에서 과학 (CONACyT)에서 인지 신경 과학 프로그램에서 부여 된 안드레아 소 토-빠 디 야, 그리고 Hedderik 반 린 장-크리스토프 Billeter에 게 수 여 하는 시간 연구에 대 한 존 템플턴 재단에서 부여를. 우리는 또한 FlySteps 추적기를 개발에 자신의 참여에 대 한 피터 Gerrit Bosma에 감사입니다.
스크립트 TemperaturePhases, FlySteps, 및 FlyStepAnalysis 보충 정보 및 다음 임시 및 공개적으로 사용할 수 있는 링크에서 찾을 수 있습니다.
https://dataverse.nl/privateurl.xhtml?token=c70159ad-4d92-443d-8946-974140d2cb78
| Arduino Due | Arduino | A000062 | 소프트웨어 RUG |
| 전자 보드 | Ruijsink Dynamic Engineering | FF-Main-02-2014 | |
| 전원 공급 장치 부스트 | XP-Power 48. V 65 W | ECS65US48 | 53 볼트로 설정 |
| 전원 공급 장치 타일 난방 | XP-전원 15. V 80 W | VFT80US15 | |
| 전원 공급 장치 냉각 | XP-전원 15. V 130 W | ECS130U515 | |
| 펠티에 요소 | Marlow Industries | RC12-4 | 2원소, 제어 DC 피드 |
| 방열판 | Fisher Technik | LA 9/150-230V | 진동용으로 디커플링 |
| 온도 센서 | 측정 전문 분야 | MCD_10K3MCD1 마이크로 서미스터 프로브 | |
| 구리 블록/타일 | Ruijsink Dynamic Engineering | FF-CB-01-2014 | |
| 알루미늄 링 | Ruijsink Dynamic Engineering | FF-RoF-02-2015 | |
| Tesa 4104 흰색 테이프 25 x 66 mm | RS 구성 요소 | 111-2300 | 백색 전도성 테이프 |
| 빨간색 LED | 럭키 Ligt | ll-583vc2c-v1-4da | 625nm, 20mAmp 및 6V 사이의 파장 |
| 따뜻한 흰색 LED 스트립 | Ledstripkoning | HQ-3528-SMD | 미터당 60 개의 LED |
| 스위치 전원 공급 장치 | 일반 | T-36-12 | |
| Logitech c920 | Logitech Europe SA | PN960-001055 | |
| QuickTime 플레이어 | Apple 컴퓨터 | 녹음 프로그램 | |
| 추적 분석 소프트웨어 | R | 패키지 : pacman | |
| 추적 분석 소프트웨어 | MATLAB | ||
| Thermal Imaging | FLIR T400sc | ||
| 그래프 및 통계 소프트웨어 | 그래프 패드 프리즘 | ||
| 시그마 | 코트 시그마 - 알드리치 | SL2-100ML | 실리콘 화제 |
| 플라이 사육 병 | Flystuff | 32-130 | 6oz 초파리 스톡 병 |
| Flypad | Flystuff | 59-114 | |
| 플라이 사육 바이알 | Dominique Dutscher | 789008 | 초파리 튜브 좁은 25x95mm |
| 인큐베이터 | Sanyo | MIR-154 | |
| 마그네틱 핫 플레이트 | Heidolph | 505-20000-00 | MR Hei-Standard |
| 한천 | 칼딕 성분 B.V. (영어) | 010001.26.0 | |
| 포도 | 당게존드& 웰 | 1019155 | 덱스트로스/드루이벤수이커 |
| 설탕 반 | 길스 | 과립 설탕 | |
| 옥수수 가루 | 플라이스터프 | 62-100 | |
| 밀 배아 | Gezond& 웰 | 1017683 | |
| 콩 | 가루플라이스터프 | 62-115 | |
| 당밀 | 플라이스터프 | 62-117 | |
| 활성 건조 효모 | 레드 스타 | ||
| Tegosept | 플라이스터프 | 20-258 | 100% |