Olfactory pekepinner megle mange forskjellige virkemåter i insekter, og er ofte komplekse blandinger som består av flere titalls til hundrevis av flyktige forbindelser. Ved hjelp av gasskromatografi med flerkanals innspilling i insekt antennal lobe, beskriver vi en fremgangsmåte for identifisering av bioaktive forbindelser.
Alle organismer lever i en verden full av sensoriske stimuli som bestemmer deres atferdsmessige og fysiologiske responsen til sitt miljø. Luktesans er spesielt viktig i insekter, som bruker sine olfactory systemer for å svare på og diskriminere blant, komplekse lukt stimuli. Disse lukt lokke fram atferd som formidler prosesser som reproduksjon og habitatvalg 1-3. I tillegg, kjemiske sensing av insekter formidler atferd som er av stor betydning for landbruk og helse, herunder pollinering 4-6, herbivory av matprodukter 7, og overføring av sykdom 8,9. Identifisering av olfactory signaler og deres rolle i insekt atferd er derfor viktig for å forstå både økologiske prosesser og menneskelige matressurser og trivsel.
Til dags dato har identifisering av flyktige som driver insekt atferd vært vanskelig og ofte langtekkelig. Dagens teknikker inkluderergasskromatografi-coupled electroantennogram opptak (GC-EAG) og gasskromatografi-kombinert enkelt sensillum opptak (GC-SSR) 10-12. Disse teknikkene viste seg å være viktig i identifisering av bioaktive forbindelser. Vi har utviklet en metode som bruker gasskromatografi koplet til flerkanals elektrofysiologiske opptak (kalt 'GCMR') fra nerveceller i antennal lobe (AL; insekt primære olfactory sentrum) 13,14. Denne state-of-the-art teknikken tillater oss å undersøke hvordan lukt informasjon er representert i insekt hjernen. Videre, fordi nevrale responser av lukter på dette nivået av olfactory prosessering er svært sensitive grunn av graden av konvergens av antenneposisjonen reseptor nevroner i AL nevroner vil AL innspillinger tillate påvisning av aktive bestanddeler av naturlige lukt effektivt og med høy følsomhet. Her beskriver vi GCMR og gi et eksempel på bruken.
Flere generelle tiltak er INVOLVED i deteksjon av bioaktive flyktige og insekt respons. Flyktige først må hentes fra kilder av interesse (i dette eksempelet bruker vi blomster fra slekten Mimulus (Phyrmaceae)) og karakterisert som nødvendig ved hjelp av standard GC-MS teknikker 14-16. Insekter er forberedt for undersøkelse ved hjelp minimal disseksjon, hvoretter en innspilling elektrode settes inn i antennal lobe og flerkanals nevrale opptaket begynner. Post-prosessering av de nevrale data avslører deretter hvilke spesielle odorants forårsake betydelige nevrale responser av insekt nervesystemet.
Selv om eksemplet vi presenterer her er spesifikke for pollinering studier, kan GCMR utvides til et bredt spekter av studier organismer og flyktige kilder. For eksempel, kan denne metoden brukes i identifisering av odorants tiltrekke eller repelling vektor insekter og crop pester. Videre kan GCMR også brukes til å identifisere tiltrekningsmidler for fordelaktig insekter, for eksempel pollinators. Teknikken kan bli utvidet til ikke-insekt fag så vel.
Insect olfactory-medierte atferd kjøre mange forskjellige prosesser, herunder reproduksjon, host-området utvalg, og identifisering av aktuelle matressurser. Studiet av disse prosessene krever evne til å identifisere de flyktige avgis fra kilden, samt evnen til å identifisere de forbindelser som formidling virkemåtene. Kompliserende forhold er at lukt består av titalls til hundrevis av individuelle forbindelser som til sammen skaper en unik duft som oppfattes annerledes enn de enkelte bestanddeler 6,7,13,19,20…
The authors have nothing to disclose.
Dette arbeidet ble støttet av NSF tilskudd 1121692 IOS, og ved University of Washington Research Foundation.
Name of item | Company | Catalog Number | Comments |
Porapak Type Q 80-100 mesh | Waters | WAT027060 | |
Reynolds Oven Bags | Reynolds | ||
GC | Agilent | 7820A | |
GC column | J&W Scientific, Folsom, CA, USA | DB-5 (30 m, 0.25 mm, 0.25 μm) | |
Analytical helium carrier gas | Praxair | HE K | 1 cc/min |
16-channel silicon electrode | Neuronexus Technologies | a4x4-3mm50-177 | |
Fine wire NiCr, 0.012 mm diameter) | Sandvik Kanthal HP Reid | PX000004 | For making custom tetrodes and stereotrodes |
Pre-amplifier | Tucker-Davis System | PZ-2 | |
Amplifier | Tucker-Davis System | RZ-2 | |
Data acquisition system – OpenEx suite | Tucker-Davis System | ||
Online spike-sorting software – SpikePac | Tucker-Davis System | ||
Offline spike-sorting software – Mclust Spike-sorting toolbox | David Redish, Department of Neuroscience, University of Minnesota | Free download at http://redishlab.neuroscience.umn.edu/MClust/MClust.html | MATLAB toolbox |