قياس وتغيير التزاوج محرك في ذكر<em> ذبابة الفاكهة</em
Summary
توضح هذه المقالة الفحص السلوكي يستخدم محرك التزاوج من الذكور في ذبابة الفاكهة melanogaste ص لدراسة الدوافع. باستخدام هذه الطريقة، يمكن للباحثين الاستفادة الطيران المتقدمة تقنيات العصبية الوراثية للكشف عن الآليات الوراثية والجزيئية والخلوية التي تكمن وراء هذا الدافع.
Abstract
وعلى الرغم من عقود من التحقيق، تبقى القواعد العصبية والجزيئية للدول تحفيزية غامضة. لقد وضعت مؤخرا رواية، اختزالية، ونظام قابلة للتحقيق معمق لدوافع استخدام محرك الأقراص التزاوج من الذكور ذبابة الفاكهة (ذبابة الفاكهة)، الأساليب التي نحن هنا بالتفصيل. مراكز النموذج السلوكي على النتيجة التي مفادها أن يقلل محرك التزاوج من الذكور إلى جانب الخصوبة على مدى copulations المتكررة ويسترد أكثر من 3 ~ د. في هذا النظام، والأدوات العصبية الوراثية القوية المتاحة في ذبابة تلتقي مع إمكانية الوصول الوراثية والاسلاك الرسم البياني المفترض متاحة للسلوك الجنسي. هذا التقارب يسمح العزلة السريعة واستجواب السكان العصبية صغيرة مع وظائف تحفيزية محددة. نحن هنا بالتفصيل تصميم وتنفيذ فحص الشبع الذي يستخدم لقياس وتغيير الدافع الخطوبة في الطيران الذكور. استخدام هذافحص، علينا أن نظهر أيضا أن انخفاض محرك التزاوج الذكور يمكن التغلب عليها من خلال تحفيز الخلايا العصبية الدوبامين. فحص الشبع هو بسيط، وبأسعار معقولة، وقوية إلى تأثيرات الخلفية الوراثية. نتوقع أن فحص بالشبع لتوليد العديد من الأفكار الجديدة في البيولوجيا العصبية للدول تحفيزية.
Introduction
وقد وفرت العمل في ذبابة الفاكهة نظرة عميقة ورائدة في العديد من الظواهر البيولوجية، بما في ذلك طبيعة الجينات 1، ومبادئ التطور الجنيني 2، ايقاعات كل يوم 3، وتطوير والأسلاك من الجهاز العصبي 4 و 5 و 6. ولا يزال الدافع حتى تفهم بشكل أقل من هذه الظواهر، وربما بسبب القيود المفروضة على الأنظمة التي تم دراستها حتى الآن. تدرس الدافع في الطيران في المقام الأول في سياق الجوع، والذي يقدم العديد من التحديات بسبب تناول المواد الغذائية الصغيرة بزوال بها في نوبة التغذية والهيكل الخارجي الذي يحول دون علامات الصريحة من ترسب الدهون. ونتيجة لذلك، هناك حاجة لتوسيع النظم المستخدمة لدراسة الدوافع في الطيران.
نحن تصف الإطار السلوكي لدراسة محرك التزاوج فيذبابة الفاكهة. هذا النظام يستفيد من أدوات العصبية الوراثية في الطيران، فضلا عن إمكانية الوصول 7، 8، 9، 10، 11، 12 وconnectome المفترضة للدوائر في ديمبرافيك جنسيا 8 و 13. وبالإضافة إلى ذلك، فإن الكثير من فطريه 14، 15، 16، 17، 18، 19، 20، 21 و المستفادة 22، 23، وقد تم عمل 24 الدوائر الحسية والحركية السيطرة الخطوبة في التفاصيل، وتوفير فرصة نادرةلتحديد موقع العقدة الدوائر الدقيقة التي على يفتئت الدافع. بلغنا مؤخرا أنه في الطيران، كما هو الحال في البشر، ومستويات الدوبامين هي محور التزاوج محرك 25 و 26 و 27. لقد تمكنت من الوصول الجيني للمفصل على مستوى الدائرة الجزيئي وواستقبال الخلايا العصبية في الطيران، وتسهيل المنتجة للدوبامين ذات الصلة يحلل هذه الظاهرة الحفظ باستخدام فحوصات وصفنا هنا 25.
أضفنا إلى المقايسات السلوكية في تشانغ وآخرون. 25 ساحة مسطحة جديدة السلوكية التي تتيح تسجيل الفيديو، الذي نسميه 2-الأبعاد (2-D) الشبع الفحص، تحسنا هاما مقارنة مع الطرق السابقة. وبالتالي، فإن الفحص الجديد هو أكثر قابلة للقياس، وبالتالي أكثر ملاءمة لشاشات الوراثية الجينات والخلايا العصبية التي تشارك في الدافع. نحن نستخدم هذا الاختبار الجديد، جنبا إلى جنب مع فحوصات الخطوبة وneurogeالتلاعب المغنطيسية، لشرح كيفية قياس وتغيير محرك التزاوج في الطيران.
Protocol
Representative Results
Discussion
دول تحفيزية يمكن مشبع، حافظ، وانتشال 34. نقدم الشبع فحص 2-D أن بسرعة وبقوة يقيس كل من هذه الجوانب من التزاوج محرك الأقراص في الطيران. هذا الاختبار يفتح إمكانية استخدام التلاعب الجيني الطيران المتقدمة لدراسة المكونات الجزيئية والدائرة من سلوك دوافع.
<p class…Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
The authors thank Mike Crickmore, Dragana Rogulja, and Michelle Frank for comments on the manuscript. Pavel Gorelik provided technical support for manufacturing the behavioral arenas. This work was conducted in Mike Crickmore’s lab and is also supported by the Whitehall Foundation (Principal Investigator: Dragana Rogulja). S.X.Z. is a Stuart H.Q. and Victoria Quan Fellow at Harvard Medical School.
Materials
| 1/16 inch clear acrylic | McMaster-Carr | 8589K12 | Used to make arenas; see Supplemental Material 1 for designs. |
| 1/8 inch clear acrylic | McMaster-Carr | 8589K42 | Used to make arenas; see Supplemental Material 1 for designs. |
| 3/16 inch clear acrylic | McMaster-Carr | 8560K219 | Used to make arenas; see Supplemental Material 1 for designs. |
| 1/32 inch black delrin | McMaster-Carr | 8575K132 | Used to make arenas; see Supplemental Material 1 for designs. |
| Hex screws, 1 inch long (50x) | McMaster-Carr | 92314A115 | Used to make arenas. Can be replaced by 3/4 inch screws (92314A113, McMaster-Carr) for 32-chamber arenas. |
| Thumb nuts (25x) | McMaster-Carr | 92741A100 | Used to make arenas. Can be replaced by regular hex nuts (90480A005, McMaster-Carr). |
| Camcorder | Canon | Vixia HF R700 | Can be replaced by any consumer comcorder. |
References
- Sturtevant, A. H., Bridges, C. B., Morgan, T. H. The spatial relations of genes. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 5 (5), 168-173 (1919).
- Campos-Ortega, J. A., Hartenstein, V. . The Embryonic Development of Drosophila melanogaster. , (1985).
- Hall, J. C. Systems Approaches to Biological Rhythms in Drosophila. Methods in Enzymology. 393, 61-185 (2005).
- Luo, L. Rho GTPases in neuronal morphogenesis. Nature reviews. Neuroscience. 1 (3), 173-180 (2000).
- Schmucker, D., Clemens, J. C., et al. Drosophila Dscam Is an Axon Guidance Receptor Exhibiting Extraordinary Molecular Diversity. Cell. 101 (6), 671-684 (2000).
- Jan, Y. N., Jan, L. Y. HLH proteins, fly neurogenesis, and vertebrate myogenesis. Cell. 75 (5), 827-830 (1993).
- Stockinger, P., Kvitsiani, D., et al. Neural circuitry that governs Drosophila male courtship behavior. Cell. 121 (5), 795-807 (2005).
- Yu, J. Y., Kanai, M. I., Demir, E., Jefferis, G. S. X. E., Dickson, B. J. Cellular Organization of the Neural Circuit that Drives Drosophila Courtship Behavior. Current biology. 20 (18), 1602-1614 (2010).
- Zhou, C., Pan, Y., Robinett, C. C., Meissner, G. W., Baker, B. S. Central Brain Neurons Expressing doublesex Regulate Female Receptivity in Drosophila. Neuron. 83 (1), 149-163 (2014).
- Rideout, E. J., Dornan, A. J., Neville, M. C., Eadie, S., Goodwin, S. F. Control of sexual differentiation and behavior by the doublesex gene in Drosophila melanogaster. Nature neuroscience. 13 (4), 458-466 (2010).
- Manoli, D. S., Foss, M., Villella, A., Taylor, B. J., Hall, J. C., Baker, B. S. Male-specific fruitless specifies the neural substrates of Drosophila courtship behaviour. Nature. 436 (7049), 395-400 (2005).
- Kimura, K. I., Ote, M., Tazawa, T., Yamamoto, D. Fruitless specifies sexually dimorphic neural circuitry in the Drosophila brain. Nature. 438 (7065), 229-233 (2005).
- Cachero, S., Ostrovsky, A. D., Yu, J. Y., Dickson, B. J., Jefferis, G. S. X. E. Sexual dimorphism in the fly brain. Current biology. 20 (18), 1589-1601 (2010).
- Clowney, E. J., Iguchi, S., Bussell, J. J., Scheer, E., Ruta, V. Multimodal Chemosensory Circuits Controlling Male Courtship in Drosophila. Neuron. 87 (5), 1036-1049 (2015).
- Kallman, B. R., Kim, H., Scott, K. Excitation and inhibition onto central courtship neurons biases Drosophila mate choice. eLife. 4, e11188 (2015).
- von Philipsborn, A. C., Liu, T., Yu, J. Y., Masser, C., Bidaye, S. S., Dickson, B. J. Neuronal control of Drosophila courtship song. Neuron. 69 (3), 509-522 (2011).
- Zhou, C., Franconville, R., Vaughan, A. G., Robinett, C. C., Jayaraman, V., Baker, B. S. Central neural circuitry mediating courtship song perception in male Drosophila. eLife. 4, e08477 (2015).
- Kohatsu, S., Koganezawa, M., Yamamoto, D. Female contact activates male-specific interneurons that trigger stereotypic courtship behavior in Drosophila. Neuron. 69 (3), 498-508 (2011).
- Kohatsu, S., Yamamoto, D. Visually induced initiation of Drosophila innate courtship-like following pursuit is mediated by central excitatory state. Nature Communications. 6, 6457 (2015).
- Fan, P., Manoli, D. S., et al. Genetic and neural mechanisms that inhibit Drosophila from mating with other species. Cell. 154 (1), 89-102 (2013).
- Kurtovic, A., Widmer, A., Dickson, B. J. A single class of olfactory neurons mediates behavioural responses to a Drosophila sex pheromone. Nature. 446 (7135), 542-546 (2007).
- Ejima, A., Smith, B. P. C., et al. Generalization of Courtship Learning in Drosophila Is Mediated by cis-Vaccenyl Acetate. Current Biology. 17, 599-605 (2007).
- Keleman, K., Vrontou, E., Krüttner, S., Yu, J. Y., Kurtovic-Kozaric, A., Dickson, B. J. Dopamine neurons modulate pheromone responses in Drosophila courtship learning. Nature. 489 (7414), 145-149 (2012).
- Pan, Y., Baker, B. S. Genetic Identification and Separation of Innate and Experience-Dependent Courtship Behaviors in Drosophila. Cell. 156 (1-2), 236-248 (2014).
- Zhang, S. X., Rogulja, D., Crickmore, M. A. Dopaminergic Circuitry Underlying Mating Drive. Neuron. 91 (1), 168-181 (2016).
- Bowers, M. B., Van Woert, M., Davis, L. Sexual behavior during L-dopa treatment for Parkinsonism. The American journal of psychiatry. 127 (12), 1691-1693 (1971).
- Sacks, O. W. . Awakenings. , (1999).
- Dietzl, G., Chen, D., et al. A genome-wide transgenic RNAi library for conditional gene inactivation in Drosophila. Nature. 448 (7150), 151-156 (2007).
- Crickmore, M. A., Vosshall, L. B. Opposing dopaminergic and GABAergic neurons control the duration and persistence of copulation in Drosophila. Cell. 155 (4), 881-893 (2013).
- Peng, J., Chen, S., Busser, S., Liu, H., Honegger, T., Kubli, E. Gradual Release of Sperm Bound Sex-Peptide Controls Female Postmating Behavior in Drosophila. Current biology. 15 (3), 207-213 (2005).
- Yapici, N., Kim, Y. J., Ribeiro, C., Dickson, B. J. A receptor that mediates the post-mating switch in Drosophila reproductive behaviour. Nature. 451 (7174), 33-37 (2008).
- Pellegrino, M., Nakagawa, T., Vosshall, L. B. Single Sensillum Recordings in the Insects Drosophila melanogaster and Anopheles gambiae. Journal of Visualized Experiments. 36 (36), 1-5 (2010).
- Cook, R., Cook, A. The Attractiveness to males of female Drosophila melanogaster: effects of mating, age and diet. Animal behaviour. 23, 521-526 (1975).
- Toates, F. M. . Motivational Systems (Problems in the Behavioural Sciences). , (1986).
- Hall, J. C. The mating of a fly. Science. 264 (5166), 1702-1714 (1994).
- Simpson, J. H. Mapping and manipulating neural circuits in the fly brain. Advances in genetics. 65 (9), 79-143 (2009).
- Venken, K. J. T., Simpson, J. H., Bellen, H. J. Genetic Manipulation of Genes and Cells in the Nervous System of the Fruit. Neuron. 72 (2), 202-230 (2011).
- Klapoetke, N. C., Murata, Y., et al. Independent optical excitation of distinct neural populations. Nature methods. 11 (3), 338-346 (2014).
- Bellen, H. J., Levis, R. W., et al. The BDGP gene disruption project: single transposon insertions associated with 40% of Drosophila genes. Genetics. 167 (2), 761-781 (2004).
- Spradling, A. C., Stern, D., et al. The Berkeley Drosophila Genome Project gene disruption project: Single P-element insertions mutating 25% of vital Drosophila genes. Genetics. 153 (1), 135-177 (1999).
- Parks, A. L., Cook, K. R., et al. Systematic generation of high-resolution deletion coverage of the Drosophila melanogaster genome. Nature genetics. 36 (3), 288-292 (2004).
- Matthews, K. A., Kaufman, T. C., Gelbart, W. M. Research resources for Drosophila: the expanding universe. Nature reviews. Genetics. 6 (3), 179-193 (2005).
- Ni, J. Q., Liu, L. P., et al. A Drosophila resource of transgenic RNAi lines for neurogenetics. Genetics. 182 (4), 1089-1100 (2009).
- Ni, J. Q., Zhou, R., et al. A genome-scale shRNA resource for transgenic RNAi in Drosophila. Nature. 8 (5), 405-407 (2011).
