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淡水平面学家表现出三个步态(滑翔、近位和皱),这些步态通过定量行为分析是可区分的。我们描述了一种利用各种有害刺激诱导擦伤的方法,其定量,以及从异形体和滑翔的区别。利用基因敲击,我们证明了皱当作为定量表型读出的特异性。
淡水平面学家通常平稳地滑过其腹侧的 cili 推进。然而,某些环境条件会诱发肌肉驱动的运动形式:peristalsis 或皱当。虽然近体病由阴性缺陷导致,但皱毛与硅酸功能无关,是对某些刺激(包括截肢、有害温度、极端 pH 和乙醇)的特定反应。因此,这两个肌肉驱动的步态是机械上不同的。然而,它们可能难以从质量上区分。在这里,我们提供了一个使用各种物理和化学刺激诱导擦伤的协议。我们详细介绍了皱起的定量特征,它可以用来区分它与近位和滑翔,使用免费可用的软件。由于皱当是一种普遍的平面步态,尽管具有特定物种的特征差异,因此,在适当考虑时,此协议可以广泛适用于所有植物学家物种。为了证明这一点,我们比较了行为研究中使用的两种最流行的平面物种, 杜格 西亚·贾波尼卡和施密特亚· 梅迪特拉内亚,对同一组物理和化学刺激的反应。此外,scrunching 的特异性允许将该协议与 RNA 干扰和/或药理暴露结合使用,以解剖所涉及的分子靶点和神经元回路,从而有可能为诺西感知和神经肌肉交流的重要方面提供机械洞察力。
除了在干细胞和再生研究,1、2、3,2方面的受欢迎程度外,淡水平面学家长期以来一直用于行为研究4、5,5利用它们相对大的尺寸(几毫米长)、易于和低廉的实验室维护成本,以及广泛的可观察行为。计算机视觉和自动跟踪对平面行为研究的,,引入6、7、8、9、10、11,,7使行为表型的定量分化得以实现。8,9,1011动物行为是神经元功能的直接读出。由于平面神经系统的中等大小和复杂性,但与脊椎动物大脑,12、13、14,13共享保存的关键元素,研究平面体行为可以提供对神经元作用的保守机制的洞察,这些机制在更复杂的生物体中可能很难直接探寻。14因此,平面是比较神经生物学研究,8,12,15,16,17,18,19,20,21,12,15,16,1718,19,20的宝贵模型。此外,水生环境允许快速和容易接触化学品,以研究其对大脑功能在再生和成人平面,使他们成为一个受欢迎的系统神经毒理学22,23,24,25,26。22,23,24,25,26
平面主义者有三个不同的步态,称为滑翔、近位和皱。每个步态在特定情况下表现出来:滑翔是默认的步态,当硅体功能受损7,27,27时,出现坐相看,而皱逸是一种逃生步态——独立于西莉亚功能——以响应某些有害刺激7。我们已经表明,擦伤是一种特定的反应,由某些化学或物理线索的感觉引起,包括极端温度或pH值,机械损伤,或特定的化学诱导剂,因此不是一般的应激反应7,7,28,29。,29
由于其特异性和陈规定型参数,可以很容易地量化使用这个协议,皱起是一个强大的行为表型,使研究人员能够进行机械研究,解剖感官通路和行为25,28的神经元控制。此外,在神经毒理学研究22、24、25、30中,24,25皱力已被证明是测定对神经系统发育和功能的不良化学影响一个敏感终点30。由于几种不同的感官通路似乎汇合通过各种机制诱导皱起,皱起不同于其他平面行为,因为各种,但特定的刺激可以用来解剖不同的神经元电路,并研究如何集成不同的信号,以产生皱起表型。
重要的是,物种差异是存在的,其中一种化学物质可能在一个平面物种中引起皱起,但在另一种物种中引起不同的行为反应。例如,我们发现,阿南达米德诱导在平面物种杜格西亚贾波尼卡,但诱导在施密特亚地中海28的异位体。此示例强调了能够可靠地区分不同步态的重要性,因为它们是不同分子机制的表型表现。然而,使用定性观察数据很难区分与异形体分,因为两个步态都是肌肉驱动的,并且有质量相似性,7,28。因此,为了区分步态,有必要进行西莉亚成像或定量行为研究,允许基于特征参数7,28,进行区分。由于Cilia成像在实验中具有挑战性,需要像高放大倍数复合显微镜和高速照相机,7、28等专门7设备,因此研究人员不像定量行为分析那样广泛地获得这种成像。
在这里,我们提出了一个协议:(1)使用各种物理(有害温度,截肢,近UV光)和化学(甲基同位素(AITC),辛纳尔醛)刺激的诱导和(2)使用自由可用的软件对平面行为进行定量分析。通过量化四个参数(体长振荡的频率、相对速度、最大振幅和身体伸长和收缩的不对称度)7,可以区分滑翔、近位等文献中报告的其他行为状态,如蛇形运动15 或表皮15。此外,虽然在7种不同植物物种中保存,但每种物种都有其特有的频率和速度;因此,一旦确定一个物种的滑翔和皱逸速度,单靠速度就可以作为一种手段来区分滑翔和近体29。该协议假定没有事先接受计算图像分析或行为研究的培训,因此也可以在本科教学实验室环境中应用于平面行为实验。补充材料中提供了促进协议适应的示例数据。
1. 定量平面行为分析
2. 皱毛感应
外视近UV感知在S.地中海平面图是TRPA1依赖,并已被建议链接到H2O2版本17。由于H2O2暴露诱导TRPA1依赖性皱在S.地中海和D.japonica平面28,在第2.1.4节的步骤可用于测试近UV光暴露是否诱导在这两个物种的皱当。当D.japonica平面师在暴露在接近紫外线的光线下时,会皱着一下(10/10),而S.地中海平面图师...
使用这个协议,我们可以定量地研究物理和化学刺激7,28,29,或基因操纵7,(RNAi)28,2928,29对平面运动的影响。29为了最大限度地提高空间分辨率,最好将摄像机尽可能靠近竞技场,同时确保整个竞技场位于视野中。为了增加吞吐量,可以通过同时记录多个平面图,同时筛选多个平?...
作者没有什么可透露的。
作者感谢塔潘·高尔先生对手稿的评论。这项工作由NSF职业补助金1555109资助。
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Allyl isothiocyanate, 95% (AITC) | Sigma-Aldrich | 377430-5G | CAUTION: Flammable and acutely toxic; handle in a fume hood with appropriate PPE. |
Camera lens, 2/3 25mm F/1.4 | Tamron | 23FM25SP | |
Cell culture plates, 6 well, tissue culture treated | Genesee Scientific | 25-105 | |
Centrifuge tubes, 50 mL polypropylene, sterile | MedSupply Partners | 62-1019-2 | |
Cinnamaldehyde, >95% | Sigma-Aldrich | W228613-100G-K | |
Dimmable A4 LED Tracer Light Box | Amazon | B07HD631RP | |
Flea3 USB3 camera | FLIR | FL3-U3-13E4M | |
Heat resistant gloves | Fisher Scientific | 11-394-298 | |
Hot plate | Fisher Scientific | HP88854200 | |
Instant Ocean Sea Salt, prepared in deionized water | Instant Ocean | SS15-10 | Prepare in deionized water at 0.5 g/L. |
Montjüic salts, prepared in Milli-Q water | Sigma-Aldrich | various | Prepare in milli-Q water at 1.6 mM NaCl, 1.0 mM CaCl2, 1.0 mM MgSO4, 0.1 mM MgCl2, 0.1 mM KCl, 1.2 mM NaHCO3; adjust pH to 7.0 with HCl. |
Petri dishes, 100 mm x 20 mm, sterile polystyrene | Simport | D210-7 | |
Pipette, 20-200 μL range | Rainin | 17008652 | |
PYREX 150 mL beaker | Sigma-Aldrich | CLS1000150 | |
Razor blade, 0.22 mm | VWR | 55411-050 | |
Roscolux color filter: Golden Amber | Rosco | R21 | Alternatively purchase the Roscolux Designer Color Selector (Musson Theatrical product #SBLUX0306) which includes all 3 color filters together. |
Roscolux color filter: Medium Red | Rosco | R27 | |
Roscolux color filter: Storaro Red | Rosco | R2001 | |
Samco transfer pipette, 62 µL large aperture | Thermo Fisher | 691TS | |
Support stand | Fisher Scientific | 12-947-976 | |
Thermometer | VWR | 89095-600 | |
UV laser pointer | Amazon | B082DGS86R | This is a Class II laser (405nm ±10nm) with output power <5 mW. |
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