Измерение и изменяющий Спаривание Drive в Мале<em> Дрозофилы</em
Summary
В данной статье описывается поведенческий анализ , который использует мужской брачный диск в Drosophila melanogaste R для изучения мотивации. Используя этот метод, исследователи могут использовать методы нейрогенетических передовые летать, чтобы раскрыть генетические, молекулярные и клеточные механизмы, которые лежат в основе этой мотивации.
Abstract
Несмотря на десятилетия исследования, нейронные и молекулярные основы мотивационных состояний остаются тайной. Недавно мы разработали новый, редукционист и масштабируемую систему для глубокого изучения мотивации , используя матовую привод мужской дрозофилы (Drosophila), методы , для которых мы здесь подробно. Поведенческая парадигма сосредотачивается на обнаружении того, что самец спаривание диск уменьшается наряду с плодородие в течение повторных совокуплений и выздоравливает в течение ~ 3 d. В этой системе, мощные нейрогенетических инструменты, доступные в лету сходятся с генетической доступности и мнимого электросхема для сексуального поведения. Такая конвергенция позволяет осуществлять быструю изоляцию и опрос небольших популяций нейронов с определенными мотивационными функциями. Здесь мы подробно проектирование и выполнение анализа сытости, который используется для измерения и изменения мотивации ухаживания в мужском лету. С помощью этогоанализ, мы также показывают, что низкий спаривание привод самец может быть преодолена путем стимуляции дофаминергических нейронов. Анализ сытости является простым, доступным и устойчивым к воздействиям генетического фона. Мы ожидаем, что анализ сытости, чтобы генерировать много новое понимание нейробиологии мотивационных состояний.
Introduction
Работа в Drosophila обеспечила глубокую и новаторскую понимание многих биологических явлений, в том числе характер гена 1, принципы эмбрионального развития 2, 3 циркадных ритмов, а также разработка и подключение нервной системы 4, 5, 6. Мотивация остается гораздо менее понятны, чем эти явления, возможно, из-за ограничений на системы, которые были изучены до сих пор. Мотивация в лету, в первую очередь изучается в контексте голода, который создает много проблем в связи с их исчезающе малой потребляемой пищи на кормления бой и экзоскелет, чтобы исключить возможность явных признаков отложения жира. Следовательно, существует потребность в расширении систем, используемых для изучения мотивации в лету.
Мы описываем поведенческую основу для изучения сопрягаемой привода вДрозофилы. Эта система использует преимущества нейрогенетических инструментов в лету, а также доступность 7, 8, 9, 10, 11, 12 и мнимого Коннектом его половой диморфизм схемы 8, 13. Кроме того, большая часть врожденного 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21 и 22 уроков, 23, 24 сенсомоторные схемы управления ухаживание была разработана в деталях, предоставляя уникальную возможностьЧтобы найти узел точную схему, на которой мотивация падающее. Мы недавно сообщили , что, в лету, как и у людей, уровень допамина играют центральную роль в сопрягаемой привода 25, 26, 27. Мы получили генетический доступ к соответствующему допамин-продуцирующих и приема нейронов в лету, что облегчает и детальной молекулярно – сеансового уровня анализа этого явления законсервированной с помощью анализов мы описываем здесь 25.
Добавим к поведенческим анализов в Zhang и соавт. 25 новая плоская поведенческая арена , которая позволяет видео скоринг, который мы называем анализ 2-мерный (2-D) сытости, значительное улучшение по сравнению с предыдущими методами. Следовательно, новый анализ является более масштабируемым и количественной оценке, и поэтому больше подходит для генетических экранов генов и нейронов, участвующих в мотивации. Мы используем этот новый анализ, вместе с ухаживания анализов и neurogeромагнитных манипуляции, чтобы продемонстрировать, как измерять и изменять ответная диск в лету.
Protocol
Representative Results
Discussion
Мотивационные состояния могут быть сытым, поддерживается и отводили 34. Мы представляем анализ сытости 2-D, которая быстро и решительно измеряет все эти аспекты спаривание диска в лету. Этот анализ открывает возможность использования передовых мух генетические манипуляции…
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).
