Protocol
步骤1.在分析之前执行的日
- 挑L4阶段蠕虫新鲜线虫生长培养基(NGM)板接种OP50 E.的草坪大肠杆菌 ,并对其进行培养,在20 CO / N。每个实验条件要求10蠕虫;挑过量蠕虫允许O / N损失的蠕虫。
- 只有实验动物,是第一天的成年人;许多突变体生长以较慢的速度比野生型。调整拾取对于具有发育迟缓,使所有测试的动物是第一天的成人菌株的定时。
执行对检测的第2天步骤
- 对于实验准备:
- 在标准的非种子60×15毫米NGM板进行测定。干燥所有的板的情况下使用,在37℃,2小时后,用盖子关闭。每个实验试验,采用四干NGM板;这些将是0 20mM和400mM的乙醇测定板及其相应的驯化板。
注意:使用NGM板是很重要的位置;在该板的成分的差异,特别是它们的渗透压,可以强烈地影响对行为乙醇的剂量反应,这是由于,至少部分,以变化的乙醇由动物20中累积的量。 NGM琼脂160毫渗量。 - 干燥后,称量各未播种NGM板的在测定中使用,并记下重量。确定的媒体中基于空盘的重量在板的体积。以近似重量的琼脂至体积的转化,假设介质的重量为相同的等体积水。
注:我们最一致的结果,已发现与已脱水足够的原始10毫升卷有8.3-8.9毫升之间的干燥后体积NGM媒体。一种替代的2小时的干燥时间是干燥直至板达到这个体积范围来解释在孵化的差异。 - 熔体4铜环(1内径。6厘米)插入每个板的表面上以充当畜栏对于不同基因型或worms.Grasp每个环用钳子和热的治疗组中的火焰(来自本生灯强烈的火焰效果很好)约3秒。立即将戒指放在盘子里,而仍持有环钳,以防止“跳跃”。
- 确保该环靠在平贴在琼脂表面通过按下轻轻用钳子以环上的几个点。当放置戒指,要小心留有余地,另外三个圈。
- 融化三个附加铜环进入板的表面上,同时注意把它们作为并拢尽可能使所有4将在视摄像机的视场。
注意:在制作与琼脂良好的密封是至关重要的,以保持在所述环中的蠕虫的测定期间。环即跳过围绕上盘不可能进行正确的密封与琼脂和可能疤痕琼脂,这使得蠕虫洞穴和干扰可视化的蠕虫。 - 对于每个测定板制备一个伴随“驯化”板,它应被干燥和未接种的和将得不到乙醇。放在这些板块4铜环。
- 标签板的底部旁边的每个环与蜗杆应变环中所用的,并注意在视环本身的领域不写。匹配试验板的标签,其伴随的驯化板。
- 计算的100%乙醇的量添加到每个测定板,以使最终浓度为0毫米或400毫米的乙醇(重量比体积)。对于每个实验(N = 1),将有1 0毫和一个400毫乙醇板;驯化板没有收到乙醇。添加乙醇,吹打它围绕板的表面上。用实验室膜以密封所述板,并允许它以平衡地置于工作台顶部2小时。
- 当1.5小时过去后,开始检测,步2.2的驯化一步。
- 在标准的非种子60×15毫米NGM板进行测定。干燥所有的板的情况下使用,在37℃,2小时后,用盖子关闭。每个实验试验,采用四干NGM板;这些将是0 20mM和400mM的乙醇测定板及其相应的驯化板。
- 进行运动检测:测定板
- 小心转移10蠕虫每个实验组,以在驯化板铜环的中心。删除任何食物,通过与蠕虫挑轻轻刮琼脂在这一点上可见。变化都带上跨实验性试验的板,其中所述实验组,使得相同的菌株不能把在平板上在各试验相同的顺序的顺序。
注意:我们的目标是将动物用食物数量最小转移到板,因为如果在驯化板食物被转移到测定板中的蠕虫会聚集周围的食物和运动的药物的作用将被遮蔽。 - 要小心,不要打破挑的琼脂表面,因为这将允许蠕虫打洞,所以会影响检测。孵育蠕虫在室温30分钟。
- 确保有各板的灌顶之间保持适当的间隔。一个有经验的实验者可以移动40动物,10 /环4环的<1.5分,但任何间隔可达2分钟是可以接受的。标准测定具有电影记录在10-12分钟,并暴露于两者0 20mM和400mM的乙醇30-32分钟。
- 启动驯化板为0毫曝光和驯化板为400毫米曝光约2分钟和30秒的间隔,以允许用于保存前的第二电影必须开始的第一个电影文件。
- 在30分钟驯化期后,从驯化板蠕虫转移到测定板中。转移的相同顺序,它们被添加到驯化板,跟踪各板的完井之间的定时的蠕虫到测定板(0毫米或400毫米乙醇)。与实验室薄膜密封板,以减少乙醇损失汽化。
- ü瑟用细边扁平虫挑收集蠕虫的扁平挑顶部铲动作。在不使用的细菌,其通常在转印蠕虫使用,因为它有助于胶蠕虫拾取的执行蠕虫从非种子驯化板转移至测定板。
注:在该动物在这个步传送速度是非常重要的,因为在板的第一蠕虫将暴露于乙醇比加入到板的最后蠕虫更长,并且较早的时间点可能表现出一些时间依赖性影响。这是用于旋转该菌株被横跨实验重复放置在平板上第一的主要原因。
- 小心转移10蠕虫每个实验组,以在驯化板铜环的中心。删除任何食物,通过与蠕虫挑轻轻刮琼脂在这一点上可见。变化都带上跨实验性试验的板,其中所述实验组,使得相同的菌株不能把在平板上在各试验相同的顺序的顺序。
- 执行步态分析:拍摄
- 用显微镜/摄像机组合,其允许所有四个环中的视场(约42x42毫米2平方),的同时成像诸如0.5倍的显微镜物镜,0.8倍的放大倍率和一个照相机与2048×2048 7.481;万像素CCD。
- 使用,即使在整个视场,这在强度阈步骤有助于在物体识别照度(见下文)。 A 3“X3”背光效果很好。
- 像一盘定位媒体朝上的蠕虫(盖下),产生对比正在使用与传输光源的传统显微镜相比,背光时丢失。
- 准备的图像分析软件来捕获的移动蠕虫时间推移电影。设置软件来捕获12位灰度图像每1秒,如2分钟(120帧)的电影。以减小输出文件的大小,而同时仍保留足够的图像分辨率,使用2x2融合模式拍摄1024×1024像素的图像。
- 录制的电影。开始记录第一板(0毫乙醇)的最后一个蠕虫后10分钟被放置在该板的一个120帧的电影。保存的电影文件。
- 记录所述第二板(400毫乙醇)。重复此过程两个板开始最后的蠕虫30分钟后,被放置在第一板(0毫乙醇)来捕获用于每个曝光的30-32分钟的时间点。
注:允许有足够的时间开始下盘记录进行分析之前,每个捕获会话后保存图像文件。 - 为适应未来发展的存档电影,以允许打开和其他公共领域的开源图像处理软件程序,如ImageJ的28分析了这些电影,每部电影的拷贝转换成8位256级灰度TIFF文件。
注:这里所描述的图像分析软件使用一种专有的文件格式。
- 分析使用ImagePro软件电影。
- 一旦捕获,分析使用的Image-Pro Plus软件或等值的电影。
注意:各种其他对象跟踪软件是可用的已被成功地用于跟踪多个C.线虫一次29和这种软件可以合理替代的是,这里所描述的对象识别步骤基于类似的原理。描述的方法涉及到的Image-Pro Plus软件版本6.0-6.3和7.0,新版本的的Image-Pro Plus软件可能有细微的差别。 - 在2分钟(120架)段分析电影。首先,将过滤器应用于图像变平的背景和增强蠕虫的对象的对比度。选择过滤器,如下所示:菜单>过程>过滤器>增强>拼合:参数:背景=黑暗;特征宽度= 20 Pix的。
- 重新保存电影的过滤步骤后,但始终保持在其未经过滤的形式原始影片。
- 在每个环带的感兴趣区域(ROI)的圆形区域被放置和尺寸与铜环重叠分别分析动物的运动。识别和跟踪的菜单>办法蠕虫>跟踪物体...命令;这带来了跟踪ðATA表窗口。跟踪选项按钮允许特定的曲目被排除和限制任何实验文物。
- 根据自动跟踪选项卡,使用下列参数:轨道参数:速度极限(搜索半径)= 400微米/帧,加速度限制=自动,最小总轨道长度= 400微米,主要运动型=混乱;在轨道参数的对象:允许部分曲目= YES,最小长度= 21帧,跟踪预测深度= 1架。
- 要启动跟踪过程中,单击查找所有曲目自动功能按钮,弹出计算/尺寸选项对话框和跟踪对话框。选择手动选项,在计算/尺寸对话框,它提供了一个使用的蠕虫像素的灰度强度,突出分析蠕虫对象,忽视了更轻的背景像素的重要门槛一步的强度范围选择。
- 调整强度阈值SLI德尔斯(一到设定的上限,一到设定下限)创建一个具有包容性的范围,突出全暗的对象。中0-1,500的规模为0-4,095一系列是一个很好的起点,更精细的调整。
- 适用的尺寸过滤器,以排除对象是比单个蠕虫对象更大和更小,如铜环和在平板上的任何碎屑。设置两个尺寸参数做到这一点,包括大小个别蠕虫在各种姿势与计量>的计算/尺寸选项对话框中选择测量菜单项。 (面积范围:28,000-120,000微米2和周边范围:600-2,500微米)。
- 如果一个突变株是显著小于或大于其它动物更大的板加以分析,扩大的过滤器设置的范围为对象的识别,以容纳不同尺寸的菌株的第一追踪动物之前,使设置不需要改变中期分析。
- 单击继续在跟踪对话框中完成了跟踪过程。直观地比较输出音轨与影片中的每一个蠕虫的进展,以确保每一个蠕虫表示,除非有基于自动过滤器设置一个合理的理由来排除它。手动删除由满足大小的过滤标准确定非蠕虫物体的存在被生产的轨道。
- 使用软件来计算每个帧之间的每个蠕虫的速度(行驶距离为每帧之间1秒的对象的质心),并显示在所有磁迹的平均流速为每个轨道和平均速度在蠕虫的人口铜圈。考虑这最终平均为 n = 1的实验性试验条件。将数据导出到的统计分析和数据归档的电子表格程序。
- 一旦数据已被记录为在板的第一环中,将ROI的到下一个环和重复跟踪处理,而无需改变任何参数。
- 计算运动通过相对速度:
- 相对速度(%)=处理(400毫米)的速度/未处理(0毫米)的速度×100。
注:不同的遗传操作往往改变动物的基础运动速度。为了确定乙醇对动物的运动速度的影响,并能够比较不同基因型或条件下,这些效果,计算出相对速度。
- 一旦捕获,分析使用的Image-Pro Plus软件或等值的电影。
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Representative Results
从几个不同的基因型和它们的配对控制代表数据( 图1)呈现8,24;数据特别选择在检测动物亮点的差异。的效果,在暴露10分钟的程度被认为是一个菌株,其上示出在图1B-G的左侧轴的初始灵敏性。突变菌株与相对速度比在10分钟的控制较大被认为是乙醇抗性( 图1F,G),而突变菌株具有相对速度小于被认为是过敏乙醇( 图1D的控制, E)。图1中的右轴显示了10和30分钟的时间段之间的速度恢复程度。这代表了急性官能耐受发展(AFT)的速率的量度,并且被计算为在10分钟的相对速度从相对SPE减去ED在30分钟。菌株具有较大的恢复值被认为具有发展AFT与对照动物( 图1D,F)和菌株具有比对照动物被认为具有AFT的发展率较低回收率较低值相比较的更快的速率( 图1C ,E)。需要注意的是所测量的AFT进行SBP1(ep79)( 图1G)的趋势朝向负的恢复,但不与野生型显着差异,由于大方差(p值 = 0.08为针对N 2恢复比较)。 浴盆-1编码TUBBY同源; BBS-1编码其同源人类BBS1; 嘴唇-7编码甘油三酯脂酶; 脂肪-1编码ω-3脂肪酸的酰基去饱和酶; 脂肪-3编码Δ-6脂肪酸去饱和酶; SBP-1编码其同源到人类固醇调节元件结合蛋白(SREBPs)。
有的几个重要特征数据需要注意:首先,N2(野生型)控制数据跨不同的实验;这很可能是由于环境因素,很难控制,诸如绝对含水量或干燥介质的盐浓度和温度在实验室。通常情况下,400毫外生乙醇踩下N2的与未处理对照的约30%的速度;然而,抑郁症的绝对程度,从实验到实验变化。此外,虽然运动速度超过在N 2 30分钟,约12%的回收率通常预期的,在这里再次的数字而改变。重要的是,虽然感光度和AFT表现出每天的日常变化的绝对水平,基因型或条件之间的比较,一般不会不同。即,野生型和突变体将始终具有相对于彼此相同的效果;如果一种突变导致AFT相对于野生型的降低,该降低将扩展与AFT的野生型表现出的量。这个亮点表演的重要性配对在同一板的控制,同时对菌株或条件被比较。
其次,最初的敏感性和AFT的表型的基因分离。请注意,最初的敏感性和急性功能宽容可以改变一起或分开;例子已经包含了各种表型在最初的灵敏度和AFT独立不同的。在表型中的一个的改变不能预测在其他表型的变化,也没有预测所述第二表型的变化的方向(增加或减少响应于乙醇)。
图1.初始乙醇的敏感性和急性功能公差(AFT)的发展速度是可分离的行为反应。为(A)汇总表在对成乙醇和AFT的发展速度初始灵敏度水平的命名的基因突变作用方向,两者都在(在每种情况下N 2)与野生型对照相比。(B-G)的急性运动响应400毫米外源性乙醇在10-12分钟,连续乙醇暴露30-32分钟测量。相对速度(%未处理的速度)显示在左侧轴。恢复速度的度被显示在右侧轴和代表20分钟间隔期间的AFT的速率的量度。试验比较的数目如下:B,C,E:N = 6; G:N = 7; D:N = 9; F:N = 11,统计显著的比较(配对t检验)显示:*,P <0.05; **,P <0.01。8,24在该图中从8,24被修改提出的数据。 P租赁点击此处查看该图的放大版本。
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Discussion
简单的神经生物学和遗传学工具C.提供线虫使蠕虫病毒在其中研究乙醇对行为影响的分子基础的极好的模型。在这里,我们描述了已被用于识别急性行为反应的几种分子和环境介质为乙醇8,10,20,24,25的测定。这种方法允许分化和同时检查两个不同乙醇响应行为表型,初始灵敏度和急性官能耐受的发展,它们一起模拟响应在哺乳动物的水平的复合型。相同的测定,可以很容易地适应研究其它药理学试剂,从而服用多种菌株中的其他药物的行为影响的评估的同时进行测试的优点。
在10-12分钟的时间窗口提供了一个有用的时间点来衡量的应变来等初始灵敏度hanol。的横跨曝光的前10分钟,400毫乙醇的影响的分析显示速度效应开始曝光的第二分钟,但效果的稳定状态是没有实现,直到乙醇曝光20的第七分钟。由于对运动速度这个时间依赖性效应,其特殊菌株被放置在板的顺序将是先于第八或第九分钟任何速度的测量很重要的(假定它只需不到2分钟,以将所有的蠕虫在乙醇板)。在这些早期时间点一些蠕虫会更受乙醇只是因为他们被放置在平板上较早。尽管乙醇稳定的初始效果是由第七分钟实现的,所以建议在其中菌株被放置在平板上的顺序穿过复制试验来改变,以最大限度地降低菌株的任何系统的效果,由于乙醇这个时间依赖性效应和移动蠕虫的开发平台所需要的时间即
具体参数选择的对象跟踪措施,尽量减少从蠕虫与铜环或与其他蠕虫反复碰撞的偏见。物体大小过滤器的步骤应该消除追踪任何对象,它是不是一个单一的蠕虫较大,其中包括两个感人的蠕虫。如果蠕虫触及另一个蠕虫或铜环则轨道结束,同时它保持在接触应该不再被识别为有效的对象。当蜗杆失去与其他物体接触,它成为一个新对象,并发起新的轨道。如果由一个蜗杆取得的轨道是小于20秒的长度,那么它被自动排除,通过定义的21帧的最小轨迹长度。该过滤器可以防止蠕虫的情况下前进到另一个对象(蠕虫或环),倒车,然后前进再次触碰物体,快速逆转短的较量可能会偏向动物的人口的整体平均速度。使用这些设置,我t是可能的,并且并不鲜见单个蠕虫贡献多于一个磁道大于20秒的长度(但小于99秒)的总的平均。的设置可以被改变,使得每个蜗杆只通过使最小轨迹长度61秒(在总共120秒的)仅提供了一个轨道,但经验观察来测定,这消除了一个显著数量的轨道和发现慢蠕虫与其他蠕虫相撞较少将超过限额。可替换地,新的轨道可以被禁止,开始影片的第一帧之后,但在随后发生碰撞,在2分钟期间的早期从分析被移除,有用的数据就会丢失蠕虫。最后,使用的每铜环10蠕虫表示具有多个代表轨迹有助于平均和过多蜗杆碰撞的问题之间的良好折衷。
此行为测定有几个重要的优势为乙醇的反应行为的蠕虫的研究。几种基因型在同一平板上同时测试是可能的,通过使用铜“畜栏”。这种创新有几个明显的优点。首先,在该测定中,控制条件或应变总是在同一时间作为实验条件或应变,并且只有同时测试直接比较试验动物在同一板上。这是特别重要的,因为行为测定是由环境往往影响,每天的日常变化的行为反应可以增加在测定噪音和降低检测信号的能力。实验组在相同条件下的侧方比较基本上减小天的日常环境变化,这是这种方法的一大优势的影响。第二,利用铜畜栏包含动物在视场,这使得运动测定以在一个被执行bsence食物。当禁食,蠕虫移动迅速,往往在寻找细菌驱散;无环,蠕虫会离开视场的测定的期间。此外,该蜗杆由铜和排斥往往停留更靠近环的中部,使得它们容易形象化。该蠕虫在这些实验条件下快速移动的事实大大增加了分辨率检测乙醇抑郁的影响;当蠕虫移动慢,速度达到早期发现它们的能力在地上。注意,铜是有毒的蠕虫;而环似乎不影响急性应答乙醇测定在这个协议中,延长动物的环(在几个小时内)的孵育,不推荐。第三,在该试验设计中,单个测定可以评估多达四个不同的实验组的行为反应。因此,所用的时间来累积统计上有意义的数据被降低。在additi上,由于单个数字电影制成,这降低存储空间需求的长期存储主数据。最后,在每个实验中,各实验组的10个体动物的行为进行检测。这10个人的速度进行平均,以产生一个复合速度为单个测定中,使n = 1的试验。许多动物行为的这种平均进一步降低可变性,这些敏感的行为测定法,并进一步提高了分辨率,以检测对乙醇响应行为微妙的影响。
有限制,以此处描述的方法,其中一些适用于任何突变体动物的行为的分析。一显著限制这种方法是,突变体蠕虫已非常显著降低基底的速度,由于不协调或接近瘫痪,可以被标识为假阳性的耐乙醇的影响,因为它们的测量的速度降低至一个值th在低于精确检测针对特定的成像设置的阈值。作为最物体跟踪软件程序使用质心(质量中心),为从该测量帧之间移动距离的位置时,一个固定的蠕虫移动其头部仍可以产生在质心的位置的移位,并且移位将被检测作为运动。因此蜗杆需要被移动速度比是由在身体姿势的微妙变化,以测量作为真运动引起的速度更快。暴露于乙醇蠕虫不会瘫痪,但他们是极不协调,因此与蠕虫已经出现了赤字的运动有可能是酒精刺激会减少低于此技术坪效速度的比率。增加帧之间的时间,以便在体位置变化较大。将来自在质心位置的微妙变化可分离不解决这个问题,如果帧之间的时间将延长,大大超过1秒它邻变得更加困难bject跟踪软件,以确保同一蠕虫正在促进一个轨道而不是靠近但不接触蠕虫之间的轨道跳转。
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Acknowledgments
R01AA016837(JCB)和P20AA017828(AGD和JCB):这些研究是由美国国立卫生研究院酒精中毒和酒精滥用国家研究院的资助。
Materials
Name | Company | Catalog Number | Comments |
C. elegans strains | Caenorhabditis Genetics Center | ||
60 x 15 mm Petri plates, triple vented | Greiner Bio-One | 628161 | Other plate brands will suffice. |
NGM agar | Various | NaCl (3 g/L), agar (17 g/L), peptone (2.5 g/L), 1 ml cholesterol (5 mg/ml in ethanol), 1 ml (1 M) MgSO4, 1 ml (1 M) CaCl2, 25 ml (1 M) KPO4, pH=6, 975 ml H2O | |
Forceps | Various | e.g., Fisher Scientific #10300 | |
37 °C Incubator | Various | For drying agar | |
Digital balance | Various | For determining plate weights and agar volume | |
Copper rings | Plumbmaster | STK#35583 (48 cap thread gasket) | 1.6 cm inner diameter, 1.8 cm outer diameter copper rings |
100% ethanol | Various | ||
Parafilm M | Bemis | PM996 | |
CCD camera | QImaging | RET-4000R-F-M-12 | This camera has a large field of view. |
Stereomicroscope with C-mount and 0.5X objective | Leica | MZ6 | Discontinued model, M60 is current equivalent. |
Light source | Schott | A08923 | 3”x3” backlight for even illumination across the field of view |
Imaging and tracking software | Media Cybernetics | ImagePro-Plus v6.0-6.3 | Newer versions of the software have tracking functions. |
References
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