Durante mosca de fruta lutas, os padrões comportamentais observados, luta dinâmica e aprendizagem e memória associada são influenciadas pelas condições experimentais. O protocolo aqui apresentado descreve um novo procedimento que elimina totalmente a manipulação de moscas durante as experiências. Isso melhora a dinâmica de luta e permite a formação de efeitos fortes "loser".
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Artigo de método
Uma nova abordagem que elimina a manipulação de Estudos de Agressão e Efeito "perdedor" em
Neste artigo
Resumo
Resumo
Comportamento agressivo em Drosophila melanogaster é composto pela expressão sequencial de padrões comportamentais estereotipados (para análise de ver 1). Este comportamento complexo é influenciada por fatores genéticos, hormonais e ambientais. Como em muitos organismos, experiência de combate anterior influencia a estratégia de combate de moscas eo resultado dos concursos posteriores: perder uma luta aumenta a probabilidade de perder concursos posteriores, revelando efeitos "loser" que provavelmente envolvem a aprendizagem ea memória 2-4. A aprendizagem e memória que acompanha a expressão de comportamentos sociais complexos, como agressão, é sensível à manipulação dos animais 5,6-teste pré. Muitos procedimentos experimentais são utilizados em laboratórios diferentes para estudar a agressão 7-9, no entanto, não é utilizada rotineiramente protocolo que exclui manuseamento de moscas está actualmente disponível. Aqui, nós relatamos um novo aparelho de comportamento que elimina a manipulação de moscas, usando instead suas respostas negativas geotactic inatas para mover os animais para dentro ou para fora das câmaras de luta. Neste protocolo, pequenas arenas de luta circulares contendo uma xícara de alimentos são divididos em duas partes iguais por uma barra plástica removível antes da introdução de moscas. Moscas entrar nos aposentos de seus frascos de isolamento casa através de portas de correr de câmara e geotaxis. Após a remoção dos controles deslizantes de plástico, as moscas são livres para interagir. Após períodos de tempo específicos, as moscas são separados novamente por controles deslizantes para a experimentação subsequente. Tudo isso é feito facilmente, sem manipulação de moscas individuais. Este aparelho oferece uma nova abordagem para estudar a agressão ea aprendizagem e memória associada, incluindo a formação de efeitos de "loser" na mosca lutas. Além disso, este novo aparelho comportamental de uso geral pode ser empregada para estudar outros comportamentos sociais de moscas e deve, em geral, ser de interesse para a investigação de alterações relacionadas com a experiência em processos comportamentais fundamentais.
Introdução
Agressão em sistemas animais está fortemente associada com a aquisição e exploração de recursos como comida, território e companheiros. Dado o importante papel que este desempenha na aptidão dos indivíduos, não é de estranhar que a agressão evoluiu em todo o reino animal. Como um traço adaptativo que beneficia diretamente os indivíduos, uma componente de aprendizagem e memória forte está associada com a agressão. Na competição por posição social, combate experiência anterior influencia o resultado dos concursos posteriores. Em geral, experiência prévia de derrotas aumenta, e ganhando experiência diminui, a probabilidade de perder concursos posteriores (chamado de "perdedor" e efeitos "vencedor"). Efeitos "loser" foram observados em uma ampla gama de espécies, e alguns relatos sugerem que estes podem durar vários dias enquanto os efeitos "vencedor" costumam ser de menor duração 2,10,11.
O primeiro relato de comportamento agressivoem moscas da fruta (D. ampelophila) era por Sturtevant em 1915 em um artigo em causa com reconhecimento de sexo e seleção de sexo 12. Meio século depois, os exames mais completos de fruta masculina voar agressão foram feitas, que descreveu a maioria dos padrões comportamentais observados durante mosca de fruta lutas. Estes experimentos foram realizados na sua maioria em pequenos grupos de moscas macho e fêmea observadas ao longo 13-15 horas. Recentemente, com a adição de ferramentas genéticas poderosas, diádicas setups única luta sexo e tempos mais curtos de observação, D. melanogaster tem emergido como um sistema modelo para o estudo importante da biologia da agressão 1,16. Análise de brigas entre mesmos pares do sexo de moscas machos e fêmeas demonstrou que a agressão envolve padrões comportamentais estereotipados que a transição de um para o outro de uma forma estatisticamente confiáveis 1,17. Alguns dos padrões comportamentais observados são específicos de cada sexo, enquanto outros são observados em lutas em ambos os sexos. Lutas masculinas ir para níveis de intensidade mais elevadas do que as lutas femininas e resultar na formação de relações de dominância com claras "vencedores" e "perdedores". Actualmente, muitos laboratórios começaram a investigar a bioquímica 18, neural 7,19-21, e genéticos 22 bases de agressão. Infelizmente, uma meta-análise de estudos para obter insights sobre a dinâmica de luta e a formação e manutenção de relações de dominância é problemático devido ao uso de uma multiplicidade de procedimentos experimentais em laboratórios diferentes. Essencialmente, todas as técnicas descritas na literatura envolvem o manuseamento e manipulação de moscas para introduzi-los em arenas 19,23,24 e durante a experiência comportamental 3,4 para transferir as moscas fora de arenas. Aspiração suave é a forma mais comum de manipular moscas 3,4,23-25, mas frios ou de CO 2 anestesia também são usadas 9,26, apesar de previous estudos já relataram que esses procedimentos têm efeitos deletérios sobre o comportamento da mosca 27,28. Um período de pelo menos 24 horas depois é recomendado a utilização de anestésicos para minimizar os seus efeitos sobre o comportamento 29,30.
Moscas aprender com a experiência de luta anterior e modificar seu uso padrão de comportamento em situações novas, sugerindo que o aprendizado ea memória acompanhar e são conseqüências de encontros agonísticos. Nesse sentido, voar lutas se assemelham a situações de aprendizagem condicionamento operante em que voa aprender que uma estratégia funcionou e, em seguida, usá-lo mais e mais frequentemente durante os encontros subsequentes. Moscas mudar suas estratégias de combate depois de relações de dominância foram estabelecidas durante as lutas, com os vencedores se lançando mais e mais e perdedores cada vez menos. Depois de um período de separação, perdedores anteriores mostram um comportamento muito mais submissa e são altamente propensos a perder 2ª luta quando emparelhado com fl naïves ou vencedores anteriores 3,4. No entanto, a ausência de um procedimento experimental que exclui manipulação de moscas fez estudos detalhados de efeitos "loser" difíceis. Em um recente estudo, foram comparados dois procedimentos experimentais rotineiramente utilizados em laboratórios (aspiração e-anestesia frio) para introduzir moscas em câmaras de comportamento ao novo procedimento que elimina o manuseio. Os resultados mostraram que a anestesia-fria tinha muito maiores efeitos negativos sobre a agressão do que a aspiração, mas mesmo aspiração reduziu o nível de agressividade por moscas. Aspiração, no entanto, causar efeitos altamente significativos no aprendizado e na memória que acompanham agressão. Seguindo o protocolo idêntico com dois procedimentos experimentais (aspiração e nenhum tratamento), um robusto "vencido" efeito apenas foi observado quando o tratamento das moscas foi eliminado a partir do procedimento experimental 5,6.
Idealmente, os estudos de Drosophila agressão em labolabora- deve incluir situações ambientais que voa normalmente encontram em estado selvagem (competição por recursos, território para defender e espaço para escapar). Além disso, as condições experimentais devem ser optimizadas para induzir de forma confiável, observar e interpretar o comportamento em análise (tentar minimizar o manuseio animal, limitar o uso de CO 2 como anestésico, e padronizar os procedimentos experimentais). Na tentativa de resolver a maior parte ou todos estes problemas, foi elaborado um novo aparelho comportamental que elimina a manipulação de moscas antes, durante e depois introduzi-los em estádios comportamentais. Com estes aparelhos, moscas usar seus geotaxis negativos inatas para ser transferida e transferido para dentro e para fora das câmaras de luta. Ao eliminar a manipulação de moscas, o protocolo tem como objetivos: (a) reduzir a variabilidade comportamental entre os indivíduos; (b) diminuir o tempo necessário para as moscas para interagir e gerar relações de dominância claras (machos); e (c) induz de forma confiável o suficiente forte behavioral mudanças para permitir a formação de efeitos de "loser".
Este protocolo descreve um novo aparelho experimental e um procedimento passo a passo para analisar a agressão e permitem a formação de um "vencido" efeito forte em D. melanogaster. Espera-se que este aparelho de comportamento pode ser facilmente adaptado para o estudo de outros comportamentos sociais exibidos por moscas da fruta.
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Protocolo
Nota: O seguinte é uma descrição passo-a-passo do protocolo experimental que usamos para permitir desencadear confiável de agressão entre pares de moscas de fruta masculinas (D. melanogaster). Este processo induz a formação de um efeito de "vencido". Usando este protocolo, um efeito de curto prazo "vencedor" também tem sido relatado recentemente 5,6. A Figura 1 mostra a linha do tempo dos experimentos comportamentais.
Figura 1. Cronograma de agressão experimento. No dia 1, em estágio final de pupas macho (quando asas tornam-se negros) são isolados em frascos de isolamento preparados na hora. No dia 5 depois de emergir como adultos, quatro dias de idade moscas macho são anestesiadas com CO 2 e pintados com cores diferentes para fins de identificação. No dia 7, copos alimentos e câmaras de luta sãopreparado para configurar os experimentos comportamentais. Dois machos adultos 6-7 dia de idade são carregados para dentro das câmaras e são capazes de interagir. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
1. Dia 1: Isolamento Social de pupas
- Aumentar e manter estoques de voar em um 12 horas de luz / 12 h ciclo escuro incubadora de ambiente controlado a 25 ° C e 50% de umidade relativa.
- Prepare frascos de isolamento: alimento calor fly fresco até derreter. Com uma pipeta Pasteur, transferir aproximadamente 1,5 ml de alimento mosca derretido em tubos de ensaio de vidro vazias de solteiro (1,6 x 10 cm). Permitir que a comida para solidificar.
- Isolar pupas: Com um pincel fino, remova cuidadosamente a fase final de macho pupa (quando as asas se tornar preto) do frasco de estoque e colocá-lo ao lado de um alimento que contém tubo de ensaio preparados na hora. Fechar frascos de isolamento com algodão (Figura 2).
- Local de isolamento frascos contendo pupas na 12 horas de luz / 12 horas escuro incubadora a 25 ° C e 50% de humidade relativa.
Figura 2. isolamento social. Uma fase final de pupa macho é colocado no lado em um frasco de isolamento recentemente preparada. Frascos de isolamento contendo pupa são colocados na luz de 12 h / 12 h escuro incubadora a 25 ° C e 50% de umidade relativa. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
2. Dia 5: Pintando as moscas para fins de identificação individuais
- Execute esta etapa no dia 5 com 4 moscas macho um dia de idade e dois dias antes dos experimentos comportamentais para minimizar o efeito negativo do CO 2 anestesia.
- Anestesiar mosca com CO 2.
- Com uma multa palito, coloque um pequeno ponto de tinta acrílica sobre o tórax. Evite colocar tinta sobre a cabeça, asas, abdômen ou as pernas (Figura 3).
- Deixe a tinta secar por cerca de 10 segundos, e transferir suavemente voa de volta para seus frascos de isolamento originais.
- Retorno frascos de isolamento para a 12 horas de luz / 12 horas escuro incubadora a 25 ° C e 50% de humidade relativa.
Figura 3. A identificação individual. Após anestesia com uma mosca de CO 2, uma pequena gota de tinta acrílica é aplicado sobre o tórax. Para fins de identificação individual, cores diferentes são utilizados (branco e azul aqui). Veja a discussão abaixo sobre o uso de CO 2 neste passo. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figuré.
3. Dia 7: Preparação do Aparelho
- Prepare Cups Food:
- Aquecer o alimento fly fresco até que derreta.
- Usando uma pipeta de Pasteur, transferir aproximadamente 0,8 ml de alimentos para a tampa de um frasco de tampa de enroscar (1,5 cm de diâmetro, 1 cm de altura) e deixa-se arrefecer. Evitar bolhas de ar.
- Fazer colar fresco fermento, misturando fermento seco com algumas gotas de água. Quando espessura, aplicar uma pequena gota de pasta de levedura para o centro da superfície do copo do alimento com um palito (Figura 4).
Figura 4. Preparar o copo do alimento. Uma xícara comida é preparada com alimentos fly fresco. Depois que os solidifica de alimentos, um ponto de levedura pasta é colocada no centro da superfície do copo do alimento. Por favor clique aqui para vIEW uma versão maior desta figura.
- Prepare Câmaras de combate individuais:
- Lave bem as câmaras de aparelhos e de combate indivíduo com água antes do uso cada vez. Seque com papel toalha antes de usar.
- Coloque um copo do alimento no centro de cada uma das câmaras de combate e fixar no lugar com uma gota de massa de vidraceiro.
- Cobrir câmaras de combate com a tampa aparelho (Figura 5).
- Colocar o aparelho em um ambiente de humidade elevada (60%) a 25 ° C.
- Coloque uma fonte de luz por cima do aparelho para iluminar as câmaras de combate e definir uma câmara de vídeo para registar a partir de cima.
Figura 5. Preparação da câmara de combate individual. O copo de comida preparada na hora com um ponto de levedura pasta sobre a superfície é fixada em lavado fi indivíduobrigando câmaras. Chambers estão fechados com a tampa de duas peças que permite a inserção de um divisor de plástico opaco em câmaras de combate individuais. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
4. Dia 7: Experimento Comportamental
- Execute os experimentos comportamentais com 6-7 dias de idade moscas macho.
- Insira divisórias de plástico em cada câmara lutando.
- Remover o tampão de algodão a partir do tubo de isolamento e posicionar o tubo abaixo de um orifício aberto no lado do aparelho.
- Deixe a mosca entra na câmara de luta por geotaxis negativos, geralmente dentro de poucos segundos.
- Fechar a parede de deslizamento após a mosca deixou o tubo e entrou na câmara.
- Repetir o procedimento para a introdução do segundo mosca na câmara de luta do outro lado do aparelho.
- Coloque o aparelho de volta na videotapi iluminadoposição ng.
- Iniciar a gravação vídeo e remover o divisor de plástico para permitir que as moscas para interagir.
- Para experiências Agressão:
- Nesses experimentos, ficha luta por pelo menos 20 minutos para assegurar a formação de fortes relações de dominância.
- Após o tempo desejado, pare de gravação de vídeo.
- Remover moscas das câmaras de combate, invertendo o procedimento descrito acima.
- Lave o aparelho comportamental com detergente neutro e água após cada uso e lavagem.
- Para "loser" Experiências Efeito:
Nota: Nestas experiências, as primeiras lutas são considerados como a fase de condicionamento e segundo lutas como a fase de teste. O período de descanso entre as lutas podem diferir, mas 10 min permite formação de um "loser" forte efeito.- Seguir o processo descrito acima, para realizar uma primeira luta.
- Passo crítico: Para induzir a formação de um "loser" mentalidade, eNsure que as primeiras lutas são, pelo menos, 20 min longo, a fim de estabelecer fortes relações de dominância. Após 20 min, re-inserir o divisor de plástico em câmaras de luta para separar as moscas.
- Depois de um período de 10 minutos de descanso, remova cuidadosamente o divisor de plástico para permitir que as moscas para interagir para segundas lutas.
- No fim da segunda 20 min luta, parar a gravação vídeo.
- Remover moscas das câmaras comportamentais como acima.
- Mais uma vez, limpe bem o aparelho comportamental.
- Para experiências Agressão:
5. Análise Comportamental
- Transferindo Filmes
- Conecte câmeras para o computador.
- Converter moscas .MTS para .mov moscas e se juntar clipes de filmes juntos, usando a conversão de vídeo e software a opção "juntar clipes selecionados".
- Observar e analisar cada filme com software leitor de vídeo.
- Pontuação Comportamento
Nota: este pode ser feito manualmente ou nósing software comportamental programa de análise, se disponível. A ilustração abaixo descreve uma possível análise manual para um efeito de "loser".- Marcar o tempo do primeiro encontro entre as moscas no copo do alimento (encontros são interações entre pares de moscas que duram pelo menos 2 segundos) eo tempo de aparecimento da primeira estocada (um padrão comportamental em que uma mosca sobe no topo da sua patas traseiras e encaixe para baixo e tenta agarrar o adversário). Em seguida, marcar a latência a estocada (o intervalo entre o primeiro encontro ea primeira estocada).
- Contar o número total de encontros e estocadas durante uma luta.
Nota: Se desejar, também é possível marcar outros padrões comportamentais, como ameaça asa, boxe, esgrima, retirada ou o número de encontros antes da primeira estocada, por exemplo. - Marcar o tempo de estabelecimento da dominância (tempo entre o primeiro encontro eo momento em que uma mosca retiros por três vezes consecutivas fora da popa copo do alimentoer receber lunges). Nota que voar é o vencedor e que o perdedor da luta.
- Calculando um efeito de "perdedor"
- Divida o número de lutas em que os perdedores anteriores perdem lutas 2 nd (Losers que perdem: LL) pelo número total de lutas, e multiplique por 100. O percentual obtido representa o efeito "loser":
[(# Voa LL) / (# luta total)] x 100 - Use um teste do qui-quadrado para comparar se o efeito de "loser" é estatisticamente diferente do valor esperado de 50%.
- Divida o número de lutas em que os perdedores anteriores perdem lutas 2 nd (Losers que perdem: LL) pelo número total de lutas, e multiplique por 100. O percentual obtido representa o efeito "loser":
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Resultados
Esta secção apresenta o desenho da câmara comportamental e a análise de um conjunto típico de experiências comportamentais seguindo o protocolo descrito acima medindo a agressão e a formação de um efeito de "vencido". Também estão ilustradas as amostras de outros comportamentos que podem ser medidos usando este aparelho.
A Figura 6 mostra uma representação esquemática do novo aparelho. O aparelho é composto de três poços cilíndricos (dimensão: 22,86 mm de diâmetro,...
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Discussão
A era moderna da usando Drosophila com seus métodos genéticos poderosos como um organismo modelo para o estudo da agressão começou há cerca de uma dúzia de anos atrás, com a introdução de novas arenas experimentais em que o comportamento de combate de confiança poderia ser obtido com pares individuais de moscas 1,7, 8,17,19. Essas arenas incluídos recursos desejados (um copo de alimentos, companheiros potenciais) e um espaço para perdedor voa a recuar para. Quando os resultados obtidos com estas aren...
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Divulgações
Os autores não têm nada a divulgar.
Agradecimentos
Esta pesquisa foi apoiada por doações do Instituto Nacional de Ciências Médicas Gerais (GM099883 e GM074675) para EAK Os financiadores não tiveram nenhum papel no desenho do estudo, coleta de dados e análise, decisão de publicar ou preparação do manuscrito. Agradecemos ao povo da nossa oficina mecânica na Harvard Medical School para a concepção do aparelho comportamental (contacto: http://mikesmachine.com).
Contribuições Autor: ST, BC projetou o aparelho comportamental. ST concebida e optimizada do protocolo experimental. ST e BC realizadas e analisadas as experiências. ST, EAK e BC escreveu o jornal.
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Materiais
| Nome | Empresa | Número de catálogo | Comentários |
|---|---|---|---|
| Drosophila melanogaster pupa | Bloomington Stock Center | ||
| Ração | moscas Fabricado internamente. | ||
| Câmaras comportamentais | Máquina | Fabricado internamente. Diretamente Entre em contato com a Compagny para mais informações. | |
| Frascos de vidro borossilicato | VWR International | 47729-576 | 16 x 10 mm |
| Algodão | Fisherbrand | 22-456-881 | Qualquer marca pode ser usada |
| Pipetas Pasteur | VWR International | 53300-567 | |
| Pincel | Blick Art Material | 06157-7030 | Redondo, Tamanho 3/0 |
| Palito de Dente | N/A | N/A | Qualquer marca pode ser usada |
| Tinta acrílica (azul/branco) | Blick Art Material | 01637-5172/01637-1022 | Qualquer marca pode ser usada |
| Levedura ativa seca | Sigma | YSC2-500G | |
| Tubo de tampa de sarku | VWR International | 10011-394 | 15 mm de diâmetro, 10 mm de altura |
| Eppendorf | VWR International | Fita 22363212 | |
| N/A | N/A | Qualquer marca pode ser usada | |
| Fatias de plástico | Microscopia Eletrônica Sciences | 70329-40 | 22 x 40 x 0,25 mm de espessura |
| Fonte de luz (lâmpada) | VWR International | 500003-418 | Qualquer marca pode ser usada |
| Temporizador | VWR International | 62344-641 | Qualquer marca pode ser usada |
| Incubadora | Percival | Entre em contato diretamente com o construtor para obter mais informações. | |
| Dióxido de Carbono Seco (CO2) | Medical-Technical Gases, Inc | 14H31 | |
| Binóculo | Nikon | SMZ-745 | Qualquer marca pode ser usada |
| Câmera (SONY Handycam HDR-CX330) | P&B H | SOHDRCX330B | Qualquer marca pode ser usada |
| Computador | Com um processador mínimo de 1,4 Ghz, rodando Microsoft Windows ou Machintosh HD | ||
| ClipWrap | Baixe online | Qualquer software de importação pode ser usado | |
| QuickTime Player | Baixe online | Qualquer software de leitura pode ser usado | |
| Software | GraphPad Online | Qualquer estatística software pode ser usado |
Referências
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Reimpressões e permissões
