Method Article
نحن تصف الإجراءات اللازمة لتسجيل النشاط الحركي اليومي للإيقاعات ذبابة الفاكهة وبعد تحليل البيانات. النشاط الحركي الإيقاعات هي ناتج موثوق السلوكية من الساعات الإيقاعية الحيوانية وتستخدم مثل قراءات مستوى وظيفة على مدار الساعة عند دراسة المسوخ الإيقاعية أو دراسة كيفية البيئة ينظم نظام الساعة البيولوجية.
أكثر أشكال الحياة اليومية في المعرض إيقاعات الظواهر الخلوية الفسيولوجية والسلوكية التي يقودها الإيقاعية المحلية (≡ 24 ساعة) أو أجهزة تنظيم ضربات القلب الساعات. ترتبط الأعطال في النظام الإيقاعية الإنسان مع العديد من الأمراض أو الاضطرابات. وقد برز الكثير من التقدم صوب فهمنا للآليات الكامنة ايقاعات كل يوم من على شاشات الوراثية حيث يتم استخدام إيقاع قياسه بسهولة السلوكية باعتبارها من قراءة وظيفة على مدار الساعة. جعلت دراسات ذبابة الفاكهة باستخدام المساهمات المنوية في فهمنا للأسس الخلوية والكيمياء الحيوية الكامنة ايقاعات كل يوم. ومعيار السلوك اليومي للقراءة من أصل يقاس في ذبابة الفاكهة هو النشاط الحركي. بشكل عام ، ونظام رصد يشمل الأجهزة المصممة خصيصا التي يمكن قياس حركة الحركي من ذبابة الفاكهة. ويقع مقر هذه الأجهزة في حاضنات للرقابة بيئيا الموجود في غرفة مظلمة ، وتستند على استخدام انقطاع شعاع من ضوء الأشعة تحت الحمراء لتسجيل النشاط الحركي من الذباب الفردية الموجودة داخل أنابيب صغيرة. عندما يقاس على مدى أيام عديدة ، ذبابة الفاكهة دورات المعرض يوميا من النشاط والخمول ، وايقاع السلوكية التي يحكمها النظام الحيوان الإيقاعية المحلية. لقد تم تبسيط الإجراءات بشكل عام مع ظهور الأجهزة المتوفرة تجاريا رصد النشاط الحركي وتطوير برامج الحاسب الآلي لتحليل البيانات. نستخدم نظام من شركة Trikinetics ، وهو الإجراء الموصوف هنا وحاليا النظام الأكثر شيوعا واستخداما في العالم. في الآونة الأخيرة ، تم استخدام أجهزة الرصد نفسها لدراسة سلوك النوم في ذبابة الفاكهة. لأنه لا يمكن قياس اليومية دورات النوم اليقظة العديد من الذباب واحد وفقط 1-2 أسابيع متواصلة بقيمة بيانات النشاط الحركي هو عادة ما تكون كافية ، وهذا النظام يعتبر مثاليا للشاشات واسعة النطاق لتحديد ذبابة الفاكهة يظهر تغيير الخصائص الإيقاعية أو النوم.
ويتضح من التصميم العام للبروتوكول في الشكل 1. الإعداد لرصد النشاط الحركي باستخدام أجهزة التحكم الموجودة في الحاضنات بيئيا الموجود في غرفة مظلمة يجب تجميعها أولا. بمجرد أن يكتمل ، ويمكن استخدام هذا النظام في جميع القياسات اللاحقة الإيقاع الحركي النشاط. لكل تجربة ، على المرء أن (ط) إعداد حيوانات التجارب ، والتي قد تشمل توليد حيوانات معدلة وراثيا أو وضع الصلبان اللازمة ، (ب) إعداد النشاط أنابيب زجاجية تحتوي على مصدر الغذاء ، (الثالث) تحميل الذباب في أنابيب توصيل النشاط وتراقب النشاط إلى نظام لجمع البيانات ، وتسجيل (رابعا) وتحليل البيانات باستخدام برامج مختلفة اعتمادا على ما المعلمات الإيقاعية النوم أو أحد يرغب في دراستها. هنا ، نحدد "بداية" للتجربة والوقت عند اول من كشف عن الذباب في أجهزة رصد لضوء المطلوب / ظروف مظلمة في حاضنات البيئية.
1. إنشاء نظام مراقبة النشاط الحركي
2. إعداد حيوانات التجارب
3. إعداد أنابيب نشاط
4. تحميل الذباب في أنابيب النشاط الحركي ، ونظام مراقبة النشاط
5. التصميم التجريبي لتسجيل البيانات لتحديد وتيرة الإيقاعية والسعة
6. ممثل النتائج
عند الانتهاء من هذا البروتوكول ، يمكن للمرء استخدام نفس البيانات تعيين المعلمات على حد سواء لدراسة الساعة البيولوجية والنوم من حيوانات التجارب في ما يتعلق الحيوانات السيطرة.
تحليل معلمات الإيقاعية : يمكن إنشاء الرسوم البيانية التي توضح أنشطة التعليم الحركي اليومي أو أنشطة من الذباب المتوسط على مدى عدة ايام في ظروف دينار أو DD FaasX به (الشكل 3) ذبابة الفاكهة السوداء البطن المعرض عموما اثنين نوبات من النشاط ، واحدة تتمحور حول ZT0 (أو التصوير المقطعي. ) تسمى "الصباح" الذروة وآخر حول (CT 12) ZT12 يسمى الذروة "المساء". وتسيطر هذه نوبات اثنين من الأنشطة التي تقوم بها على مدار الساعة الذاتية ، بل ويمكن أن يلاحظ في ظروف خالية من تشغيل DD (الشكل 3B). ويمكن بسهولة تغيير في توقيت هذه القمم النشاط الواجب مراعاتها في التعليم والرسوم البيانية قد يشير إلى تغيير في خصائص الذاتية على مدار الساعة. آخر الممتلكات التي تدل على وظيفة مناسبة على مدار الساعة هو زيادة النشاط الحركي في الاستباقي لوحظ في دورات LD أن يحدث قبل الانتقال الفعلي الظلام إلى النور أو الضوء إلى الظلام (3A الشكل والسهام). لوحظ بشكل واضح هذا السلوك في البرية نوع الذباب (الشكل 3A) ، ولكن غير موجودة في المسوخ في عدم اتساق نبضات القلب مثل 0 (الشكل 3C) (كونوبكا وBenzer ، PNAS ، 1971). في حالة من المسوخ 0 لكل واحظت "الصباح" و "المساء" في قمم LD هي ردود باغت بحتة نظرا لحدوث تغيرات مفاجئة في ضوء / الظروف المظلمة (أي 'clockless" الذباب لا نتوقع تغيرات بيئية ولكن مجرد رد فعل لهم ). فقدان النظمية السلوكية هي أكثر وضوحا في DD ويظهر عموما في فقدان تام للقمم الصباح أو في المساء من النشاط الحركي (نوبات عشوائية أي من النشاط والخمول) ، كما رأينا في الذباب 0 في (الشكل 3D). بالإضافة إلى الرسوم البيانية التعليم ، ويمكن تمثيل بيانات النشاط الحركي كما actogram المزدوج مؤامرة (FaasX) ، حيث يتم رسم يومين من البيانات بشكل تسلسلي في كل سطر ، لكن ملف في اليوم الأخير ليبدأ السطر التالي من يومين بقيمة النشاط (الشكل 4). على سبيل المثال ، يتم رسم LD1 و 2 في السطر الأول من رانه actogram. السطر التالي يبدأ مع تكرار LD2 وتبعتها LD3 وهلم جرا. بعد هذا الشكل ، ويتضح من البيانات المتعلقة بالنشاط الحركي تمتد التجربة برمتها في actogram. يمكن رسم Actograms لكل فرد يطير ، أو يطير لكل الوراثي. ميزة واحدة من خلال الرسوم البيانية actograms التعليم هو أن التغيير في طول فترة إيقاعات النشاط اليومي يمكن ملاحظتها بسهولة (الشكل 4). إلى جانب التعليم وتوليد الرسوم البيانية actograms ، يمكن تقديم البيانات المتعلقة بالنشاط الحركي من حالة إلى DD FaasX لحساب طول فترة استخدام عدد من البرامج المختلفة ، بما في ذلك دورة ف.
تحليل من النوم / الراحة المعلمات : باستخدام التعريف الحالي من النوم / الراحة في ذبابة الفاكهة (هندريكس وآخرون 2000) ، الذي هو خمس دقائق متواصلة من الخمول ، يمكن للمرء أن تحليل البيانات المسجلة من النشاط الحركي المقايسات ودراسة متعددة باستخدام المعلمات النوم المؤرق (L. أشمور) ، وهو برنامج ماتلاب مقرا لها. ويمكن أن يحسب في المئة من الوقت الذي تنفق الذباب النوم في فترات زمنية مختلفة ، مثل النوم في المئة في كل ساعة (الشكل 5A) ، أو 12 ساعة (الشكل 5B). معلمات أخرى النوم أكثر شيوعا التي يمكن دراستها وتشمل بقية يعني طول موجة (الشكل 5C) وبعد فرز النشاط (الشكل 5D). يعني النوم / الراحة نوبة طول هو مقياس لكيفية دمج النوم ويمكن أن توضح نوعية النوم. النشاط عقب ، كما يوحي اسمها ، هو مقياس لمعدل النشاط عند الذباب في اليقظة. هذه المعلمة يساعد على التفريق بين الذباب التي تتأثر حقا في النوم / الراحة السلوكيات مقابل تلك التي هي إما مريضة أو مفرط. على سبيل المثال ، قد سئموا الذباب الذي يبدو ببساطة الى النوم أكثر لأنهم ليسوا كما النقالة. لهذه الذباب ، ونشاطهم بعد أن تكون أقل بالنسبة للسيطرة على الحيوانات.
الشكل 1 : مخطط انسيابي يبين الخطوات الرئيسية لمعايرة النشاط الحركي في الإيقاعات ذبابة الفاكهة وترد الإجراءات على اليسار في حين ترد تعليقات مفيدة على الحق. مقدار الوقت المطلوب لتنفيذ الصلبان اللازمة والتلاعب الجيني للحصول على الذباب مع الحق الوراثي للتجارب محددة متغيرة تبعا لطبيعة وتصميم التجربة. خطوتين التي تحمل علامة النجمة (*) تقديم الإطار الزمني لالذباب الكبار عندما تحتاج إلى المصنف / تزاوج لتوليد السلالات من العمر المناسب (1 الى 5 أيام من العمر) للتجربة.
الشكل 2 : رسم تخطيطي يوضح أسلاك الاتصالات بين المكونات المختلفة للنشاط الحركي ذبابة الفاكهة جمع البيانات باستخدام نظام دام يتم استخدام جهاز كمبيوتر مخصص لتسجيل التهم النشاط الحركي لذبابة الفاكهة. ويعيش داخل تراقب نشاط الحاضنات مجهزة درجة الحرارة والإضاءة (تشغيل / إيقاف) السيطرة. ويمكن أيضا أن تستخدم الكمبيوتر للسيطرة على توقيت ضوء تشغيل / إيقاف في الحاضنات إذا كان يمكن التوصيل مصدر الطاقة لنظام الإضاءة تصل إلى السلطة وحدة العرض (اختياري). تدار الاتصالات بين الكمبيوتر وتراقب النشاط / الحاضنات من قبل واجهة وحدة امدادات الطاقة. يتم توصيل جهاز الكمبيوتر امدادات الطاقة ، وحدة وحاضنات (إذا كان التحكم في الإضاءة مستقلة عن الكمبيوتر) لمأخذ التيار المتردد عن طريق اتحاد الوطنيين الكونغوليين لضمان مراقبة متواصلة من النشاط المستمر والإضاءة خلال المرحلة الخفيفة. فمن المستحسن لربط جميع الأجهزة الكهربائية للدوائر احتياطي للطوارئ في المرافق ، إذا كانت متوفرة.
الشكل 3 : التعليم تم إنشاؤها باستخدام الرسوم البيانية اليومية تظهر FaasX النشاط الحركي للايقاعات الايقاعي الذباب نوع البرية (ث 0 في الذباب يحمل في + التحوير) (A و B) في مقابل عدم اتساق نبضات القلب 0 ث في المسوخ (C و D) تم الاحتفاظ بها الذباب ذكر عند 25 درجة مئوية ومجرور لمدة 4 أيام في LD 12:12 (النور : الظلام) تليها دورات سبعة أيام في DD (ظلام مستمر). لكل خط الطيران ، تم قياس مستويات النشاط الحركي للفرد الذباب (ن> 32) في صناديق لمدة 15 دقيقة ثم بلغ متوسط للحصول على ملف ممثل المجموعة لهذا الخط. A و C تظهر البيانات الناتجة عن نشاط متوسط في اليومين الثاني والثالث في ضوء / دورة الظلام (LD 2-3) في حين B و D تظهر البيانات الناتجة عن نشاط متوسط في اليومين الثاني والثالث في ظلام مستمر (2-3 DD ). أشرطة عمودية تمثل النشاط (في وحدات التعسفي) سجلت في 15 دقيقة خلال الفترة صناديق الضوء (رمادي فاتح) أو الفترة المظلمة (رمادي غامق). قضبان أفقية في أسفل الرسوم البيانية التعليم LD ؛ أبيض ، أضواء ، أسود ، الأنوار. وZT0 ZT12 تمثل بداية ونهاية الإضاءة على التوالي. الرسوم البيانية لتعليم DD ؛ CT0 وrepr CT12ESENT بداية ونهاية اليوم ذاتي في ظروف مظلمة ثابتة ، الرمز بواسطة شريط الرمادية. في لوحة A ، M = الذروة الصباحية ؛ E = ذروة المساء. الأسهم في لوحة تمثل والسلوك الاستباقي من قمم الصباح والمساء لوحظت في الذباب نوع البرية ، والتي هي غائبة في ث 0 الذباب في عدم اتساق نبضات القلب.
بقيت نقرا مزدوجا مؤامرة actogram تم إنشاؤها باستخدام برنامج FaasX توضح بيانات النشاط الحركي مع نوع من الذباب البرية ، وقصيرة ، أو فترة طويلة ذكر الذباب في 25 درجة مئوية ومجرور لمدة 4 أيام في دورات LD 12:12 تليها ثمانية : الشكل 4. أيام في ظلام مستمر (DD) لحساب فترة حرة تعمل (ر) باستخدام دورة في FaasX - P. خطوط الطيران الثلاثة مع الفترة نوع البرية [ث لكل 0 ؛ في + ؛ في 0 متحولة تحمل في + التحوير] ، فترة طويلة [ث لكل 0 ؛ في (S47A) ؛ في 0 متحولة تحمل في التحوير (S47A)] ث [الفترة ، وقصيرة وترد في 0 متحولة تحمل في (S47D) التحوير] هنا (تشيو وآخرون 2008) ؛ في 0 ؛ في (S47D). ويمثل المحور X - ZT أو CT في الوقت دينار أو DD على التوالي ، ويمثل المحور Y - تهم النشاط (وحدات اعتباطية) لخص في الدقيقة 15 صناديق. الخطوط الحمراء المنقطة الاتصال القمم مساء كل يوم من التجارب. نلاحظ أنه خلال LD هو "اضطر" ذروة المساء للحفاظ على التزامن مع دورة دينار على مدار 24 ساعة ، في حين أنه في الفترة DD الحرة يمكن تشغيل تحيد عن 24 ساعة. على سبيل المثال ، ليطير مع فترات قصيرة فإن توقيت النشاط تحدث في وقت سابق من مساء كل يوم على التوالي في DD (عندما تآمر ضد مقياس الوقت 24 ساعة ، كما هو موضح هنا) ، في حين لوحظ تحول إلى اليمين لفترة طويلة مع الذباب الفترات.
تعرضوا لمعيار دورة LD 12:12 في 25 درجة مئوية ؛ تحديد مقدار المعلمات النوم في ذبابة الفاكهة الذباب (كانتون CS - S) : الشكل 5 وقد استخدم ساهد (L. أشمور) لمعالجة البيانات واستخدام Microsoft Excel لإنشاء الرسوم البيانية هو موضح هنا. وقد تجمع ما لا يقل عن 70 الذباب الحصول على المعدلات المجموعة وأشرطة الخطأ (الخطأ المعياري للمتوسط) المبين. (أ) النوم الأساس تحسب كل ساعة ، أظهرت هو ممثل دورة اليومية. (ب) من دورة النوم الأساس اليومية ممثل تحسب كل 12 ساعة. (ج) متوسط طول كل نوبة بقية المحسوبة في ال 12 ساعة الزيادات. (د) معدل النشاط الاستيقاظ تحسب كل 12 ساعة.
في هذا البروتوكول ، وصفنا إجراءات لقياس النشاط الحركي الإيقاعات ذبابة الفاكهة ، وخرج من الساعات موثوقة السلوكية الإيقاعية الطيران التي تستخدم مثل قراءات مستوى وظيفة على مدار الساعة. وقد استخدم هذا الاختبار على نطاق واسع لشاشات رواية المسوخ ساعة (على سبيل المثال كونوبكا وBenzer 1971 ؛. Dubruille وآخرون 2009) ، ويستخدم باستمرار لتشريح وفهم وظيفة على مدار الساعة في الجسم الحي. كما تم استخدامه لدراسة دورة النوم في أعقاب الذباب ، وعلى الرغم من التقارير الأخيرة تشير إلى أن تحليل الفيديو الرقمي هو أكثر موثوقية في قياس النوم من استخدام الإيقاعات النشاط الحركي (زيمرمان وآخرون 2008). عند استخدام الإيقاعات النشاط الحركي لتحليل النوم ، والنسبة المئوية من النوم في النهار تميل الى أن تكون المبالغة.
لضمان نجاح واستنساخ هذا البروتوكول ، فمن الأهمية بمكان أن الذباب مقايسة التي تتشابه في العمر والخلفية الوراثية ، وتربى في ظل نفس الظروف ، والظواهر السلوكية في ذبابة الفاكهة مثل الإيقاعية النظمية والنشاط النوم / الراحة حساسة للغاية كل هذه العوامل. عند استخدام حاضنات متعددة لتجربة واحدة ، فمن المهم للتأكد من جميع الحاضنات هي في درجات الحرارة المتوقعة منذ بعض المعلمات الإيقاعية قد تتغير كدالة لدرجة الحرارة. كلمة واحدة من الحذر عند النظر في شراء حاضنات للعمل مع الذباب ، لا يتم إنشاء جميع على قدم المساواة. بينما نحن نتردد في التوصية أي وحدة خاصة أن هناك العديد من الخيارات. ويرد موردا جيدا للعثور على الشركات التي تبيع حاضنات للأعمال في ذبابة الفاكهة. بعض الشركات تبيع حتى "ذبابة الفاكهة الإيقاعية" حاضنات ، وفيه ميزات إضافية متوفرة ، مثل السلكية بالفعل للنظام Trikinetics التعلية ودرجة الحرارة (على سبيل المثال ، Tritech). الميزات الهامة تشمل القدرة للسيطرة على ضوء نهاري وحسن التحكم في درجة الحرارة في نطاق الفسيولوجية للذبابة الفاكهة (~ 15-30 درجة مئوية). أسعار وأحجام مختلفة من الحاضنات تختلف كثيرا ولكن مع المراقبين أجدد النشاط من Trikinetics وحاضنات حتى ولو كانت صغيرة يمكن أن تستوعب عددا كبيرا من هذه الأجهزة. أيضا ، بالرغم من أنه يمكن استخدام الحاضنات مع مراقبة الرطوبة وهذه الميزة المضافة هي ليست ضرورية طالما كنت مكان وعاء صغير مع الماء لتوفير الرطوبة (50-70 ٪ على ما يرام). أخيرا ، على الرغم من أننا تستخدم بشكل روتيني FaasX والمؤرق لتحليل البيانات في هذا البروتوكول ، وهناك برامج بديلة والبرمجيات المتاحة (Rosato وكيرياكو 2006) ، على سبيل المثال ClockLab (ActiMetrics) ، برانديز حزمة إيقاع (دال ويلر ، كلية بايلور للطب في هيوستن ) ، وMAZ (Zordan وآخرون 2007).
وأيد هذا العمل من قبل المعاهد الوطنية للصحة منح NIH34958 إلى هاء أولا وNS061952 إلى JC
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Drosophila activity monitor (DAM) | Trikinetics Inc.; Waltham, MA | DAM2 or DAM5 | DAM2 monitors are more compact, and more can fit into a single incubator |
Power supply interface unit (for DAM system) | Trikinetics Inc.; Waltham, MA | PSIU9 | Includes PS9-1 AC Power Supply |
Light controller | Trikinetics Inc.; Waltham, MA | LC6 | |
Pyrex glass tubes | Trikinetics Inc.; Waltham, MA | PGT5, PGT7, and PGT10 | |
Plastic activity tube caps | Trikinetics Inc.; Waltham, MA | CAP5 | Yarn can be used instead of plastic caps. |
DAM System data collection software | Trikinetics Inc.; Waltham, MA | Versions available for both Mac and PC | |
FaasX software | Centre National de la Recherche Scientifique | Only for Mac | |
Insomniac 2.0 software | University of Pittsburgh School of Medicine | Runs on Matlab. Can be used on both PC and Macintosh. | |
Environmental incubator with temperature and diurnal control, e.g. Percival incubator | Percival Scientific, Inc. | I-30BLL | Interior space dimension:Width: 65cm;Height: 86cm;Depth: 55cm |
Environmental incubator with temperature and diurnal control, e.g. DigiTherm Heating/Cooling Incubator with Circadian Timed Lighting and Timed Temperature | Tritech Research, Inc. | 05DT2CIRC001 | Interior space dimension:Width: 36m;Height: 56m;Depth: 28cm |
APC Smart-UPS 2200VA 120V (Emergency power backup unit) | APC | SU2200NET | Output Power Capacity of 1600 Watts |
Sucrose | Sigma-Aldrich | S7903 | |
Bacto Agar | BD Biosciences | 214010 | |
TissuePrep Paraffin pellets | Fisher Scientific | T565 | Melting point 56°C-57°C |
Block heater | VWR international | 12621-014 |
Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article
Request PermissionThis article has been published
Video Coming Soon
Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved