Drosophila Passives Vermeidungsverhalten als neues Paradigma zur Untersuchung assoziativen aversiven Lernens

Zusammenfassung

Diese Arbeit beschreibt ein einfaches Verhaltensparadigma, das die Analyse des aversiven assoziativen Lernens bei erwachsenen Fruchtfliegen ermöglicht. Die Methode basiert auf der Unterdrückung des angeborenen negativen Geotaxis-Verhaltens aufgrund der Assoziation zwischen einem bestimmten Umweltkontext und einem elektrischen Schlag.

Zusammenfassung

Dieses Protokoll beschreibt ein neues Paradigma zur Analyse des aversiven assoziativen Lernens bei erwachsenen Fliegen (Drosophila melanogaster). Das Paradigma ist analog zum passiven Vermeidungsverhalten bei Labornagetieren, bei dem Tiere lernen, ein Kompartiment zu meiden, in dem sie zuvor einen elektrischen Schlag erhalten haben. Der Assay nutzt die negative Geotaxis bei Fliegen, die sich als Drang nach oben manifestiert, wenn sie auf einer vertikalen Oberfläche platziert werden. Das Setup besteht aus vertikal ausgerichteten oberen und unteren Fächern. Beim ersten Versuch wird eine Fliege in ein unteres Fach gelegt, aus dem sie normalerweise innerhalb von 3-15 s austritt, und tritt in das obere Fach, wo sie einen elektrischen Schlag erhält. Während des zweiten Versuchs, 24 h später, wird die Latenz deutlich erhöht. Gleichzeitig ist die Anzahl der Schocks im Vergleich zum ersten Versuch verringert, was darauf hindeutet, dass Fliegen ein Langzeitgedächtnis über das obere Kompartiment bildeten. Die Aufzeichnungen von Latenzen und Anzahl der Schocks könnten mit einem Zähler und einer Stoppuhr oder mit einem Arduino-basierten einfachen Gerät durchgeführt werden. Um zu veranschaulichen, wie der Assay eingesetzt werden kann, wurde hier das passive Vermeidungsverhalten von D. melanogaster und D. simulans männlich und weiblich charakterisiert. Der Vergleich der Latenzen und der Anzahl der Schocks ergab, dass sowohl D. melanogaster als auch D. simulans Fliegen das passive Vermeidungsverhalten effizient erlernten. Es wurden keine statistischen Unterschiede zwischen männlichen und weiblichen Fliegen beobachtet. Die Männchen waren jedoch beim Betreten des oberen Kompartiments im ersten Versuch etwas schneller, während die Weibchen in jedem Retentionsversuch eine etwas höhere Anzahl von Schocks erhielten. Die westliche Ernährung (WD) beeinträchtigte das Lernen und Das Gedächtnis bei männlichen Fliegen signifikant, während Flugübungen diesen Effekt ausgleichten. Zusammengenommen bietet das passive Vermeidungsverhalten bei Fliegen einen einfachen und reproduzierbaren Assay, mit dem grundlegende Mechanismen des Lernens und des Gedächtnisses untersucht werden können.

Einleitung

Lernen und Gedächtnis ist ein evolutionär alter Anpassungsmechanismus an die Umwelt, der von Drosophila (D.) bis zum Menschen erhalten ^bleibt1. Die Fruchtfliege ist ein robuster Modellorganismus zur Untersuchung grundlegender Prinzipien des Lernens und des Gedächtnisses, da sie eine breite Palette leistungsstarker genetischer Werkzeuge zur Verfügung stellt, um intrinsische molekulare Mechanismen zu sezieren2. Die bahnbrechenden genetischen Screening-Studien, die Rutabaga3-, Amnesie4- und Dunce5-Gene identifizierten....

Protokoll

1. Herstellung eines passiven Vermeidungsapparates

1. Bohren Sie ein 4-mm-Loch senkrecht zur Wandoberfläche des 14-ml-Polypropylenkulturrohrs und 8 mm vom Rohrboden entfernt.
   HINWEIS: Verwenden Sie eine elektrische Bohrmaschine und einen 5/32-Bohrer für beste Ergebnisse.
2. Schneiden Sie mit einem Stahlwerkzeug den oberen Teil des 14 ml Polypropylen-Kulturrohrs ab, um ein 45 mm langes Rohrbodenfragment zu erzeugen. Das untere Fragment dient als unteres Fach.
3. Schneiden Sie die Spitze der 1.000 μL blauen Pipettenspitze mit einer einschneidigen Rasierklinge ab, um die Öffnung breit genug für den Durchgang einer einzelnen Fliege....

Ergebnisse

Die passive Vermeidung wurde bei D. melanogaster (Canton-S) und D untersucht. Simulaner. Die Experimente verglichen die Latenzen und die Anzahl der erhaltenen Schocks zwischen aufeinanderfolgenden Versuchen. Zunächst wurden die Experimente mit 3-4 Tage alten männlichen D. melanogaster Fliegen durchgeführt. Fliegen wurden auf der Standard-Bloomington Formulation-Diät in einer klimatisierten Umgebung bei 24 ° C unter einem 12-Stunden-Hell-Dunkel-Zyklus, 70% Luftfeuchtigkeit und kont.......

Diskussion

Die Vermeidung bedrohlicher Reize ist ein entscheidendes Merkmal des adaptiven Verhaltens bei verschiedenen Arten von C. elegance bis ^human32. Vermeidungslernverfahren, die typischerweise die Flucht vor einem aversiven Ereignis beinhalten, sind seit den 1970er Jahren häufig verwendete Verhaltensaufgaben, um Lern- und Gedächtnisprozesse bei Labornagetieren zu ^{untersuchen13}. Bei aktiven Vermeidungsverfahren folgt auf einen gleichgültigen Re.......

Materialien

Name	Company	Catalog Number	Comments
Bloomington Formulation diet	Nutri-Fly	66-112	Available from Genesee Scientific Inc., San Diego, CA
1000 µL Blue tip	Fisher	NC9546243
17 x 100 mm 14 mL polypropylene culture tube	VWR	60818-689
Aduino-based Automatic Kontrol Module	In-house	AKM-007	This unit is optional. Complete description, schematics, wiring diagram and a code are provided at the ECU Digital Market - https://digitalmarket.ecu.edu/akmmodule
Dual-Display 2-Channel  Digital Clock/Timer	Digi-Sense	AO-94440-10	https://www.amazon.com/Cole-Parmer-AO-94440-10-Dual-Display-2-Channel-Jumbo-Digit/dp/B00PR0809G/ref=sr_1_5?dchild=1&keywords=Dual-Display+timer+jumbo&qid=1627660660&sr= 8-5#customerReviews
Electronic Finger Counter	N/A	N/A	https://www.amazon.com/gp/product/B01M8IRK6F/ref=ppx_yo_dt_b_search_asin_title?ie=UTF8&psc=1
Fisherbrand Sparkleen 1 Detergent	Fisher Scientific	04-320-4
Fly mouth aspirator	In-house		Prepared as described in reference 19.
Grass S88 stimulator	N/A	N/A	Could be replaced with any stimulator which can provide described parameters
Kim-wipes	Fisher Scientific	06-666	Kimberly-Clark Professional 34120
Metal block for fly immobilization	In-house		4 x 13 x 23.5cm aluminum block
Nutiva USDA Certified Organic, non-GMO, Red Palm Oil	Nutiva	N/A	https://www.amazon.com/Nutiva-Certified-Cold-Filtered-Unrefined-Ecuadorian/dp/B00JJ1E83G/ref=sxts_rp_s1_0?cv_ct_cx=Nutiva+USDA+Certified+Organic%2C+non-GMO%2C+Red+Palm+Oil&dchild=1&keywords=Nutiva+USDA+Certified+Organic%2C+non-GMO%2C+Red+Palm+Oil&pd_rd_i=B00JJ1E83G&pd_ rd_r=f35e9d2f-afe4-44b6-afc2-1c9cd705be18&pd_rd_w= R3Zb4&pd_rd_wg=eUv1m&pf_rd_ p=c6bde456-f877-4246-800f-44405f638777&pf _rd_r=M94N11RC7NH333EMJ66Y &psc=1&qid=1627661533&sr=1-1-f0029781-b79b-4b60-9cb0-eeda4dea34d6
Shock tube	CelExplorer	TMA-201	https://www.celexplorer.com/product_detail.asp?id=217&MainType=110&SubType=8
Stopwatch	Accusplit	A601XLN	https://www.amazon.com/gp/product/B0007ZGZYI/ref=ppx_yo_dt_b_search_asin_title?ie=UTF8&psc=1
Transparent vinyl tubing (3/4” OD, 5/8” ID)	Lowes		Avaiable from Lowes