زراعة الديدان الخيطية على نطاق واسع لدراسة سلوكياتها الجماعية

Summary

هنا ، تم الإبلاغ عن نظام لدراسة السلوكيات الجماعية للديدان الخيطية عن طريق استزراعها بكميات كبيرة باستخدام وسط أجار طعام. يسمح هذا النظام للباحثين بنشر أعداد كبيرة من ديدان dauer ويمكن تطبيقه على Caenorhabditis elegans والأنواع الأخرى ذات الصلة.

Abstract

تظهر سلوكيات جماعية ديناميكية ، كما لوحظ في أسراب الطيور ، ومجموعات الأسماك ، وحشود البشر. تم التحقيق في السلوكيات الجماعية للحيوانات في مجالات كل من علم الأحياء والفيزياء. في المختبر ، استخدم الباحثون نموذجية مختلفة مثل ذبابة الفاكهة وسمك الزرد لما يقرب من قرن من الزمان ، ولكن ظل تحديا كبيرا لدراسة السلوك الجماعي المعقد على نطاق واسع الذي تنظمه هذه النموذجية القابلة للتتبع وراثيا. تقدم هذه الورقة بروتوكولا لإنشاء نظام تجريبي للسلوكيات الجماعية في Caenorhabditis elegans. تتسلق الديدان المنتشرة على غطاء صفيحة بتري وتظهر سلوك جماعي للحشد. يتحكم النظام أيضا في تفاعلات الدودة وسلوكياتها عن طريق تغيير الرطوبة وتحفيز الضوء. يسمح لنا هذا النظام بفحص الآليات الكامنة وراء السلوكيات الجماعية من خلال تغيير الظروف البيئية وفحص آثار الحركة على المستوى الفردي على السلوكيات الجماعية باستخدام المسوخ. وبالتالي ، فإن النظام مفيد للبحث المستقبلي في كل من الفيزياء والبيولوجيا.

Introduction

كل من غير العلماء والعلماء مفتونون بالسلوكيات الجماعية للحيوانات ، كما هو الحال في أسراب الطيور ومجموعات الأسماك. تم تحليل السلوكيات الجماعية في مجموعة واسعة من المجالات ، بما في ذلك الفيزياء والبيولوجيا والرياضيات والروبوتات. على وجه الخصوص ، تعد فيزياء المادة النشطة مجالا بحثيا متناميا يركز على الأنظمة المكونة من عناصر ذاتية الدفع ، أي الأنظمة المبددة ، مثل أسراب الطيور ، ومجموعات الأسماك ، والأغشية الحيوية للبكتيريا المتحركة ، والهياكل الخلوية المكونة من جزيئات نشطة ، ومجموعات من الغرويات ذاتية الدفع. تؤكد نظرية فيزياء المادة الفعالة أنه مهما كانت سلوكيات الأفراد معقدة ، فإن الحركات الجماعية لأعداد هائلة من الكائنات الحية يحكمها عدد صغير من القواعد البسيطة. على سبي....

Protocol

1. تحضير الديدان

ملاحظة: قم بإعداد سلالة N2 Bristol من النوع البري¹² وسلالة ZX899 (lite-1 (ce314) ؛ ljIs123 [mec-4p::ChR2 ، unc-122p :: RFP])¹³ لمراقبة السلوكيات الجماعية والتجارب البصرية الجينية ، على التوالي. حافظ على سلالة ZX899 في ظل الظروف المظلمة.

1. قم بإيداع أربع ديدان بالغة جيدة التغذية على صفيحة 60 مم تحتوي على 14 مل من وسط نمو الديدان الخيطية (NGM) مع أجار وبذرها بالإشريكية القولونية OP50¹².
2. تنمو ديدان F1 إلى الجوع في لوحة NGM عند 23 درجة مئوية لمدة 7 أيام. يبلغ إنتاج ديدان F1 حوالي 100 دودة / صفيحة في هذه ا....

النتائج

هنا ، تم استخدام ديدان dauer من النوع البري لمراقبة السلوك الجماعي. تمت زراعة الديدان عند 23 درجة مئوية لمدة 10-14 يوما تقريبا وصعدت إلى السطح الداخلي لغطاء صفيحة متوسطة DFA. في اليوم التجريبي ، تم نقل الغطاء فقط إلى لوحة NGM جديدة بدون وسط E. coli و DFA. تم الاحتفاظ بالجزء السفلي من صفيحة بتري هذه في.......

Discussion

في هذه الدراسة ، نعرض بروتوكولا لإعداد نظام للسلوك الجماعي واسع النطاق ل C. elegans في المختبر. تم إنشاء الطريقة القائمة على DFA في الأصل مع Caenorhabditis japonica¹⁴ و Neoaplectana carpocapsae Weiser¹⁵ ، وكلاهما غير نموذجية. ومع ذلك ، لم يتم تطبيق هذه الطريقة للتحقيق في السلوكيات ا?.......

Materials

Name	Company	Catalog Number	Comments
Escherichia coli and C. elegans strains
E. coli OP50	Caenorhabditis Genetics Center	OP50	Food for C. elegans. Uracil auxotroph. E. coli B.
lite-1(ce314); ljIs123[mec-4p::ChR2, unc-122p::RFP]	author	ZX899	lite-1(ce314) mutant carrying the genes expressing ChR2 and RFP under the control of the mec-4 and unc-122 promoter, respectively
N2 Bristrol	Caenorhabditis Genetics Center		Wild-type C. elegans strain
For worm cultivation
Agar purified, powder	Nakarai tesque	01162-15	For preparation of NGM plates
All-trans retinal	Sigma-Aldrich	R2500	For optogenetics
Bacto pepton	Becton Dickinson	211677	For preparation of NGM plates
Calcium chloride	Wako	036-00485	For preparation of NGM plates
Cholesterol	Wako	034-03002	For preparation of NGM plates
di-Photassium hydrogenphosphate	Nakarai tesque	28727-95	For preparation of NGM plates
Dog food	Nihon Pet Food	VITA-ONE	For preparation of dog food agar medium
LB broth, Lennox	Nakarai tesque	20066-95	For culture of E. coli OP50
Magnesium sulfate anhydrous	TGI	M1890	For preparation of NGM plates
Petri dishes (60 mm)	Nunc	150270	For preparation of NGM plates
Potassium Dihydrogenphosphate	Nakarai tesque	28720-65	For preparation of NGM plates
Sodium Chloride	Nakarai tesque	31320-05	For preparation of NGM plates
Observation
Computer	CT solution	CS6229	Windows10 Pro with Intel Xeon Gold 6238R CPU and 768 GB of RAM
CMOS Camera	Hamamatsu photonics	ORCA-Lightning C14120-20P	For data acquisition
CMOS Camera	Olympus	DP74	For data acquisition
Microscope with SZX-MGFP set	Olympus	MVX10	For data acquisition
x2 Objective lens	Olympus	MV PLAPO 2XC	Working distance 20 mm and numerical aperture 0.5
Shutter control
Shutter	OptoSigma	BSH2-RIX	For controlling temporal pattern of  light illumination
Shutter controller	OptoSigma	SSH-C2B-A	For controlling temporal pattern of  light illumination
Temperature control
Peltier temperature controller unit	VICS	WLVPU-30	For controlling humidity inside a Petri plate
UNI-THEMO CONTROLLER	Ampere	UTC-100	For controlling humidity inside a Petri plate
Data acquisition software
HCImage	Hamamatsu photonics		For data acquisition