Mätning och förändra Mating Drive i Male<em> Drosophila melanogaster</em

Summary

Den här artikeln beskriver en beteendeanalys som använder manlig parning enhet i Drosophila melanogaste r att studera motivation. Med den här metoden kan forskarna använda avancerad flyga neurogenetiska metoder för att avslöja de genetiska, molekylära och cellulära mekanismer som ligger bakom denna motivation.

Abstract

Trots decennier av undersökning, de neuronala och molekylära grunden för motiverande stater förblir mystisk. Vi har nyligen utvecklat en ny, reduktionistisk och skalbart system för fördjupad undersökning av motivation att använda parnings enhet av manliga Drosophila melanogaster (Drosophila), de metoder som vi detalj här. Beteende paradigmet kretsar kring upptäckten att manliga parning enhet minskar tillsammans fertilitet under loppet av upprepade kopulationer och återvinner över ~ 3 d. I detta system, de kraftfulla neurogenetiska verktyg som finns i farten konvergerar med den genetiska tillgänglighet och förmodade kopplingsschema för sexuellt beteende. Denna konvergens medger snabb isolering och förhör av små neuronala populationer med specifika motiverande funktioner. Här har vi detalj utformning och utförande av mättnadsanalys som används för att mäta och ändra uppvaktning motivation i den manliga flyga. Med användning av dennaanalysen visar vi också att låga manliga parning enhet kan övervinnas genom att stimulera dopaminerga neuroner. Den mättnadsanalysen är enkel, prisvärd och robust för påverkan av genetisk bakgrund. Vi förväntar oss att mättnadsanalys för att generera många nya insikter i neurobiologi motiverande stater.

Introduction

Arbetet i Drosophila har gett djup och banbrytande insikt i många biologiska fenomen, inklusive vilken typ av gen ^1, principerna för embryonal utveckling ^2, dygnsrytmen ^3, samt utveckling och ledningar av nervsystemet ^{4, 5, 6.} Motivation är långt mindre väl förstått än dessa fenomen, kanske på grund av de begränsningar på de system som har studerats hittills. Motivation i farten främst studeras i samband med hunger, vilket innebär många utmaningar på grund av deras försvinnande liten födointag per utfodring skjutningen och exoskelett som utesluter uppenbara tecken på fettlagring. Följaktligen finns det ett behov av att expandera de system som används för att studera motivation i flugan.

Vi beskriver en beteende ram för att studera parnings enhet iDrosophila. Detta system drar fördel av de neurogenetiska verktyg i farten samt tillgängligheten ^{7, 8, 9, 10, 11, 12} och den förmodade connectome av dess sexually dimorphic kretsarna ^{8, 13.} Dessutom mycket av det medfödda ^{14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21} och lärt ^{22, 23, 24} sensomotorisk kretsar som styr uppvaktningen har arbetats fram i detalj, vilket ger en sällsynt möjlighetatt lokalisera den exakta kretsnod på vilken motivation träffar. Vi rapporterade nyligen att, i farten, som hos människor, dopaminnivåer är centrala för parning enhet ^{25, 26, 27.} Vi har fått genetisk tillgång till relevant dopaminproducerande och ta emot nervceller i farten, vilket underlättar detaljerad molekylär- och kretsnivå analyser av denna bevarade fenomen med hjälp av analyser vi beskriver här ^25.

Vi lägger till beteendemässiga analyser i Zhang et al. ²⁵ en ny platt beteende arena som tillåter video poäng, som vi kallar en två-dimensionell (2-D) mättnad analys en viktig förbättring jämfört med tidigare metoder. Följaktligen är den nya analysen mer skalbar och mätbar, och därför mer lämpade för genetiska skärmar gener och neuroner som är involverade i motivation. Vi använder denna nya analys, tillsammans med uppvaktning analyser och neurogetiska manipulationer, för att visa hur man mäter och ändra parning enhet i farten.

Protocol

OBS: Detta protokoll beskriver framställningen (avsnitt 1 – 3), utförande (avsnitt 4), och analys (avsnitt 4) 2-D mättnad analyser. Sedan, med hjälp dopaminerg stimulering som ett exempel, visar Avsnitt 5 hur man kombinerar thermogenetic stimulering med 2-D-mättnadsanalyser för att inducera hyper. § 6 beskriver 3 sätt att kontrollera resultaten av 2-D mättnad analyser. Slutligen, Avsnitt 7 visar hur man mäter återhämtning av parnings enhet i manliga flugor. 1. Förfalskning 8- och …

Representative Results

För att karakterisera Drosophila parning enhet, tre dagar gamla, var WT Canton-S-hanar testas i en 2-D mättnad analys. Under loppet av analysen (4,5 h), hanar mate ett genomsnitt på 4,8 ± 0,3 (medelvärde ± standardfel för medelvärdet, SEM) gånger. Parningar initiera mestadels i de första 2 h (78%) (Figur 6a, 6b) och bli mindre frekvent som analysen fortskrider (Figur 6A, 6B). Denna minskning är inte på grund av bristen av med varandr…

Discussion

Motiverande tillstånd kan mätta, underhållas, och återhämtade sig ^34. Vi presenterar en 2-D mättnad analys som snabbt och kraftfullt mäter alla dessa aspekter av parning enhet i farten. Denna analys öppnar upp möjligheten att använda avancerad gylf genetiska manipulationer för att studera de molekylära och kretskomponenterna i ett motiverat beteende.

Den mättnadsanalysen bygger på manliga förmåga att framgångsrikt domstol och kopulera och att avsluta …

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.