The effect of genes and environment on social space of Drosophila melanogaster can be quantified through a powerful but straightforward analytical paradigm. We show here different factors that can affect this social space, and thus need to be taken into consideration when designing experiments in this paradigm.
Utrymmet analysen social beskrivs här kan användas för att kvantifiera sociala interaktioner av Drosophila melanogaste r – eller andra små insekter – på ett enkelt sätt. Som vi tidigare visat en, i en två-dimensionell kammare, vi först tvinga flugorna att bilda en tät grupp, därefter låta dem ta sin föredragna avstånd från varandra. Efter flugorna har avgjorts, mäter vi avståndet till närmaste granne (eller socialt utrymme), behandling av en statisk bild med fri programvara online (ImageJ). Analysen av avståndet till närmaste granne tillåter forskare att bestämma effekterna av genetiska och miljömässiga faktorer på social interaktion, samtidigt kontrollera för potentiella störfaktorer. Olika faktorer såsom klättringsförmåga, tid på dygnet, kön och antal flugor, kan ändra sociala avståndet mellan flugor. Vi föreslår sålunda en serie experimentella kontroller för att mildra dessa störande effekter. Denna analys kananvändas för åtminstone två syften. För det första kan forskarna avgöra hur deras favorit miljö shift (t.ex. isolering, temperatur, stress eller toxiner) kommer att påverka den sociala avstånd 1,2. För det andra, kan forskare dissekera de genetiska och neurala grunderna för denna grundläggande form av socialt beteende 1,3. Specifikt, vi använde det som ett diagnostiskt verktyg för att studera betydelsen av ortologa gener som tros vara inblandade i socialt beteende i andra organismer, såsom kandidatgener för autism hos människor 4.
Social interaktion är avgörande för en god utveckling och hälsa individer inom en grupp som helhet, och kan observeras över många arter, från människor (Homo sapiens) och enklare organismer såsom fruktflugor (Drosophila melanogaster) 5,6. En enskild fruktflugor eller människa har gemensamma metoder för att behandla sensorisk information under dessa interaktioner, oavsett om det är: auditiv, visuell, lukt, känsel, eller gustation. Vi och andra hypotesen att det finns ett potentiellt delad neurocircuitry underliggande beteendemässiga reaktioner på sociala interaktioner och att de neuronala celler och gener som är involverade kan vara evolutionärt konserverade 7. När den första interaktionen har inträffat, kommer socialt utrymme mellan de samverkande individerna antingen öka (social undvikande 8) eller minskning (gruppbildning / aggregation 5). Mer komplicerade interaktioner, som aggression eller uppvaktning, kan sedan ske.
<p class = "jove_content"> Varken sofistikerade verktyg och metoder, eller stora investeringar i tid och utbildning krävs för att kvantifiera denna enkla form av socialt beteende, vilket gör det till ett kraftfullt analysverktyg. Här förklarar vi en enkel protokoll som kvantifierar inter-fly avstånd eller socialt rum, för att bedöma det sociala samspelet i stabila grupper av Drosophila melanogaster, som användes i följande studier 1-4,9. Socialt rum avser ett mått på avståndet mellan en fluga och dess närmaste granne 10. Sociala rummet är konsekvent för en viss population av D. melanogaster när experimentella betingelser bevaras (i genomsnitt ungefär inom 1-2 kroppslängder), och varierar med hänsyn till social upplevelse av flugorna, ökar om individen har hållits isolerade 1. Korrekt vision är nödvändig för att upprätthålla normal social distans, men inte klassiska doftämnen eller CVA uppfattning 1. Mått på socialt rum kan därför varaanvändas som ett diagnostiskt verktyg för att analysera sociala interaktioner och kvantifiera socialt beteende i D. melanogaster 1. Vi beskriver här i detalj hur man utför denna kvantifiering, och i vilken utsträckning gemensamma experimentella variabler påverkar detta beteende.Vi visar att orienteringen av kammaren där analysen utförs, liksom antalet flugor – i en omfattning – gör påverkar sociala rummet. Det har tidigare visat att kammargeometrin påverkar spontan utforskande förflyttning av flugor 11,12, och detta fenomen kan i slutändan påverka om de beslutar att bosätta sig. Men så länge som flugan densitet (fluga / cm 2) och kammar orientering är densamma, förblir det sociala rummet av flugorna också konstant. Robustheten i denna analys illustreras av det faktum att oberoende laboratorier med olika kammarstorlekar, form och orientering kan replikera resultatet visas av mutanter av white gen (som påverkar ögonpigmentering), vilket är en ökning socialt utrymme (vertikal triangel eller horisontell cirkel i ett, horisontella torg med luftflödet i 3).
Våra resultat visar också att är avgörande för samstämmigheten i resultaten upprätthålla den tidpunkt då det sociala rummet Experimentet utförs, som vi visar att män, men inte kvinnor, står längre ifrån varandra på kvällarna. Skillnaderna ses mellan dagtid och kvällstid inte beror på aktivitets skillnader i flugorna, och vi diskuterar argument som anger att aktivitetsnivåer inte korrelerade med sociala rummet.
Slutligen finns det genetiska underbyggnad till fastställandet av sociala rummet, vilket indikeras av den vita mutanten redan beskrivits 1,3, och skillnaderna mellan olika inavlade och vildfångade stammar av flugor som vi presenterar här.
Därför gör denna analys ett utmärkt verktyg feller studera effekterna av genetiska såväl som miljöfaktorer.
I detta protokoll var ett detaljerat förfarande för kvantifiering av sociala utrymme som beskrivs. Några viktiga åtgärder för att säkerställa experimentet lyckas är: 1) Använd alltid handskar vid rengöring och ställa upp utrustningen, för att hålla dina egna oljor och dofter från den inre kammaren av apparaten, 2) säkerställa flugor samlas minst en dag innan experimentet att minska eventuella effekter av kallt anestesi, 3) 2 timmar innan experimentet ger nya ampuller innehållande färska livsmedel för…
The authors have nothing to disclose.
The authors want to thank Dr. Tadmiri Venkatesh for his encouragement to prepare this manuscript, Dova Brenman and Selwyn Chui for their constructive comments, Elyssa Burg and Wayne Rasband for designing the macro in ImageJ for all interfly distances and for nearest neighbor distances. The authors also want to thank the reviewers for their constructive comments.
A.A.A, M.C.C. and A.F.S were responsible for research design; S.N.J., A.A.A, M.N., Z.R., and A.J.M. performed the experiments. A.A.A, M.N., A.J.M. and M.C.C and A.F.S. analyzed the data; A.R.M. and A.F.S. wrote the manuscript.
This work was supported by PSC-CUNY research awards, jointly funded by The Professional Staff Congress and The City University of New York to A.F.S.; by internal funding from Western University to A.F.S.; by a Mathematics, Biology, Chemistry, and Geology majors scholarship for teachers-in-training and by a Louis Stokes Alliance for Minority Participation scholarship to A.A.A.
Stereo Zoom Microscope | Nikon | SMZ-645 | Any other standard scope for fly handling would work |
Small paint brushes | for pushing flies | ||
Jazz-mix | Fisher | 33545 | any other standard drosophila food would work |
Mini-Alarm Timer/Stopwatch | |||
Sharpie pens | |||
Adhesive Tape | |||
Medium size binder clips | Staples | to hold the chambers together: 1-1/4" (32mm) medium clips with 5/8" capacity | |
small SupportStands | Carolina | 707161 | to hold the chambers in a vertical orientation |
Buret clamps | Carolina | 707362 | |
Digital Camera | Nikon | Coolpix S8000 | to take the still pictures |
small ruler | to be able to scale the picture | ||
trifold board and white bench cover | to provide a white background, and a homogeneous light. | ||
pounding pad | any mouse pad works. | ||
Prism 6 | GraphPad Software Inc. | Prism 6 for Mac OS X | Any statistical analysis software with t-test, one-way and two ANOVA would work |