Använda Single sensillum inspelning för att upptäcka Olfactory Neuron svar av Vägglöss till Semiochemicals
Summary
Bed bugs rely on olfactory receptor neurons housed in their antennal olfactory sensilla to detect semiochemicals in the environment. Utilizing single sensillum recording, we demonstrate a method to evaluate bed bug response to semiochemicals and explore the coding process involved.
Abstract
Insekten luktsystemet spelar en viktig roll i att upptäcka semiochemicals i miljön. I synnerhet antenn sensilla som hus en eller flera nervceller inuti, anses göra det största bidraget för att svara på de kemiska stimuli. Genom att direkt inspelning aktionspotentialen i lukt sensillum efter exponering för stimuli, ger enkel sensillum inspelning (SSR) tekniken en kraftfull metod för att undersöka neurala svaren från insekter till kemiska stimuli. För sängen bugg, som är en ökänd parasit människa, har flera olika typer av lukt sensillum karakteriserats. I denna studie visade vi neurala svar säng bugg luktsensilla till två kemiska stimuli och dosberoende svar på en av dem med SSR-metoden. På så sätt kan forskare att genomföra tidig screening för enskilda kemiska stimuli på sängen bug olfactory sensilla, vilket skulle ge värdefull information för devellingen av nya säng bug dragande eller repellenter och förmåner säng bugg kontrollinsatser.
Introduction
Den vanliga sängen bug Cimex lectularius L (Hemiptera: Cimicidae), som en tillfällig ektoparasit, är en skyldig blodsugande insekt, vilket innebär att deras överlevnad, utveckling, och reproduktion kräver blodkällor från värdar, både människor och djur 1,2. Även om virusöverföring har sällsynta fall rapporterats på grund av C. lectularius, den bitande olägenheter som genereras av ett angrepp allvarligt påverkar värdar både fysiskt och psykiskt 3. Införandet och utbredda användningen av kemiska bekämpningsmedel, särskilt DDT, sänkte risken för angrepp och i slutet av 1950-talet angrepp var på en så låg nivå att de inte längre var ett allvarligt oro hos allmänheten. Däremot har ett antal möjliga faktorer ledde till uppsving i sängen bug populationer världen över, såsom minskad användning av insekticider, en minskning med allmänhetens medvetenhet, ökad resande aktivitet och utvecklingen av resistens mot insekticider 4-9. </ p>
Kemiska signaler i miljön upptäcks och erkänns av insekter genom lukt organ såsom antenner och maxillary palps. Luktsensilla på insekten antenner spelar en avgörande roll när det gäller att upptäcka dessa kemiska signaler. De kemiska molekyler in i antenn nagelband genom porer på nagelbanden ytan. Luktämne bindande proteiner i antenn lymfan binder till dessa kemiska molekyler och transportera dem till de luktreceptorer 10. De luktreceptorer och deras co-receptor från den icke-selektiva katjon jonkanal på neurala membranet, som kommer att depolariseras när dessa kemiska molekyler erkänts av luktreceptorer 11.
Enkel sensillum inspelning (SSR) utvecklades för att detektera den extracellulära förändringen av aktionspotentialen orsakad genom applicering av antingen kemisk eller icke-kemiska stimuli. Genom att föra in en inspelning elektrod i sensillum lymfan och en referenselektrodi någon annan del av insektskroppen (vanligtvis antingen de sammansatta ögon eller buken), kan spelas in den eldhastighet av neuronerna som svar på stimuli 12. Förändringar i antalet spikar representerar känsligheten hos insekten till specifika stimuli. Kemiska stimuli av olika identiteter och koncentration kommer att framkalla olika neurala reaktioner, med olika bränning priser och temporala strukturer, och kan således användas för att undersöka den kodande processen för insekten till specifika kemikalier.
För den vanliga sängen bugg, både sexuella former delar samma mönster av luktsensilla på antennerna: nio räfflade tappen C sensilla, 29 hårliknande E (E1 och E2) sensilla, och ett par vardera Dα, Dβ, Dγ slät pinne sensilla 13,14. Som flera nervceller har identifierats i varje typ av sensillum, är det inte lätt att skilja aktionspotentialer från olika nervceller inrymt i samma sensillum, så för detta experiment total antalet aktionspotentialer räknades off-line för en ms period 500 före och efter stimulering. Antalet aktionspotentialer efter stimulering sedan subtraheras från antalet aktionspotentialer före stimulering och multiplicerat med två för att kvantifiera förändringar i eldhastighet i varje enskilt sensillum i spikar per sekund 15.
Protocol
Representative Results
Discussion
Den inre sensillum inspelning teknik har i stor utsträckning använts för att testa de neurala svaren från insekter som bananflugor, myggor och vägglöss till olika kemiska stimuli i miljön. Dessa kemiska stimuli ofta löstes och späddes i ett vanligt lösningsmedel för att framställa olika doser av behandlingar. Däremot kan olika lösningsmedel producera helt olika frisättningshastigheter för stimuli. Tidigare studier på vissa omfattande studerade insekter såsom Drosophila melanogaster, Anophe…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
The project was supported by Award AAES 461Hatch/Multistate Grants ALA08-045 and ALA015-1-10026 to N.L.
Materials
| Tungsten wire | A-M SYSTEMS | #716500 | Used for preparing the electrode |
| KNO2 | Sigma | #310484 | Used for sharpening the tungsten wire |
| AC Power Supply | BK Precision | 1653A | Providing the voltage in sharpening the tungsten wire |
| Leica Z6 APO Microscope | Leica | 10447424 | Used for observing the sensilla on antennae |
| Simulus controller | Syntech | CS-55 | Used for controlling the stimulus application |
| 4-Channel USB Acquisition Controller | Syntech | IDAC-4 | Real-time on screen display of all signals before and during recording |
| Light Source | SCHOTT | A20500 | Providing light sources for observation |
| Micromanupulator | Leica | 115378 | Used for minor movement of electrode |
| Speaker | Juster | 95a | Connected with Acquisition Controller IDAC-4 and providing sound for the signal |
| Magnetic stand | Narishige | GJ-1 | Used to hold the reference electrode, stablized bed bug and stimulus delivery tube |
| TMC Vibration Isolation Table | TMC | 63-500 | Used for isolating the vibration from the equipments |
| Coverslip | Tedpella | 2225-1 | Used for holding the bed bug |
| Double-sided Tape | 3M | XT6110 | Used for stablizing the bed bug on the coverclip |
| Dental Wax | Dentakit | DK-R012 | Used for supporting the coverclip where bed bug is stablized |
References
- Bartonicka, T., Gaisler, J. Seasonal dynamics in the numbers of parasitic bugs (Heteroptera, Cimicidae): a possible cause of roost switching in bats (Chiroptera, Vespertilionidae). Parasitol Res. 100 (6), 1323-1330 (2007).
- Thomas, I., Kihiczak, G. G., Schwartz, R. A. Bed bug bites: a review. Int J Dermatol. 43 (6), 430-433 (2004).
- Anderson, A. L., Leffler, K. Bed bug infestations in the news: a picture of an emerging public health problem in the United States. J Environ Health. 70 (9), 24-27 (2008).
- Boase, C., Robinnson, W., Bajomi, D. Bed bugs (Hemiptera: Cimicidae): an evidence-based analysis of the current situation. Sixth international conference on urban pests. OOK-Press Kft. , (2008).
- Doggett, S. L., Geary, M. J., Russell, R. C. The Resurgence of bed bugs in Australia: with notes on their ecology and control. Environ Health. 4 (2), 30-38 (2004).
- Ter Poorten, M. C., Prose, N. S. The return of the common bedbug. Pediatr Dermatol. 22 (3), 183-187 (2005).
- Yoon, K. S., Kwon, D. H., Strycharz, J. P., Craig, S., Lee, S. H., Clark, J. M. Biochemical and molecular analysis of deltamethrin resistance in the common bed bug (Hemiptera: Cimicidae). J Med Entomol. 45 (6), 1092-1101 (2008).
- Wang, L., Xu, Y., Zeng, L. Resurgence of bed bugs (Hemiptera: Cimicidae) in mainland China. Fla Entomol. 96 (1), 131-136 (2013).
- Haynes, K. F., Potter, M. F., Ishaaya, I., Palli, S. R., Horowitz, A. R. Recent progress in bed bug management. Advanced technologies for managing insect pests. , 269-278 (2013).
- Carey, A. F., Carlson, J. R. Insect olfaction from model systems to disease control. Proc Natl Acad Sci. 108 (32), 12987-12995 (2011).
- Leal, W. S. Odorant reception in insects: roles of receptors, binding proteins, and degrading enzymes. Annu Rev Entomol. 58, 373-391 (2013).
- Den Otter, C. J., Behan, M., Maes, F. W. Single cell response in female Pieris brassicae. (Lepidoptera: Pieridae) to plant volatiles and conspecific egg odours. J Insect Physiol. 26 (7), 465-472 (1980).
- Levinson, H. Z., Levinson, A. R., Muller, B., Steinbrecht, R. A. Structural of sensilla, olfactory perception, and behavior of the bed bug, Cimex lectularius., in response to its alarm pheromone. J Insect Physiol. 20 (7), 1231-1248 (1974).
- Harraca, V., Ignell, R., Löfstedt, C., Ryne, C. Characterization of the antennal olfactory system of the bed bug (Cimex lectularius). Chem Senses. 35 (3), 195-204 (2010).
- Liu, F., Haynes, K. F., Appel, A. G., Liu, N. Antennal olfactory sensilla responses to insect chemical repellents in the common bed bug, Cimex lectularius. J Chem Ecol. 40 (6), 522-533 (2014).
- Olson, J. F., Moon, R. D., Kells, S. A., Mesce, K. A. Morphology, ultrastructure and functional role of antennal sensilla in off-host aggregation by the bed bug, Cimex lectularius. Arthropod Struct Dev. 43 (2), 117-122 (2014).
- Bruyne, M., Foster, K., Carlson, J. R. Odor coding in the Drosophila antenna. Neuron. 30 (2), 537-552 (2001).
- Qiu, Y. T., Loon, J. J. A., Takken, W., Meijerink, J., Smid, H. M. Olfactory coding in antennal neurons of the malaria mosquito, Anopheles gambiae. Chem Senses. 31 (9), 845-863 (2006).
- Ghaninia, M., Ignell, R., Hansson, B. S. Functional classification and central nervous projections of olfactory receptor neurons housed in antennal trichoid sensilla of female yellow fever mosquito, Aedes aegypti. Eur J Neurosci. 26 (6), 1611-1623 (2007).
- Hill, S. R., Hanson, B. S., Ignell, R. Characterization of antennal trichoid sensilla from female southern house mosquito, Culex quinquefasciatus Say. Chem Senses. 34 (3), 231-252 (2009).
