Method Article
* Ces auteurs ont contribué à parts égales
Behavioral assays provide powerful tools for understanding neuronal function. Here we present several protocols for quantifying predatory feeding behavior found in the model nematode Pristionchus pacificus and its relatives. Additionally, we provide methods for analyzing predatory feeding adaptations including mouth structures and teeth.
This protocol provides multiple methods for the analysis and quantification of predatory feeding behaviors in nematodes. Many nematode species including Pristionchus pacificus display complex behaviors, the most striking of which is the predation of other nematode larvae. However, as these behaviors are absent in the model organism Caenorhabditis elegans, they have thus far only recently been described in detail along with the development of reliable behavioral assays 1. These predatory behaviors are dependent upon phenotypically plastic but fixed mouth morphs making the correct identification and categorization of these animals essential. In P. pacificus there are two mouth types, the stenostomatous and eurystomatous morphs 2, with only the wide mouthed eurystomatous containing an extra tooth and being capable of killing other nematode larvae. Through the isolation of an abundance of size matched prey larvae and subsequent exposure to predatory nematodes, assays including both "corpse assays" and "bite assays" on correctly identified mouth morph nematodes are possible. These assays provide a means to rapidly quantify predation success rates and provide a detailed behavioral analysis of individual nematodes engaged in predatory feeding activities. In addition, with the use of a high-speed camera, visualization of changes in pharyngeal activity including tooth and pumping dynamics are also possible.
Nématodes avec leurs petits mais complexes systèmes nerveux se sont révélés de puissants outils pour la compréhension de nombreux aspects de la neurobiologie, y compris le comportement. Une grande partie de cette recherche a mis l' accent sur l'organisme modèle Caenorhabditis elegans dans lequel une multitude de comportements différents ont été disséqués avec succès et analysés. Ceux - ci comprennent mécanosensorielle 3, chimiotactique 4, thermotactic 5,6 et magnétotactiques 7 influencer l' accouplement 8,9, l' apprentissage et l' alimentation 10 comportements 11. Cependant, d' autres espèces de nématodes plus lointainement connexes affichent des comportements qui ne sont pas observés dans le rhabditid C. elegans ou encore présentent des niveaux de complexité supplémentaires, ce qui soulève des questions pertinentes concernant leur évolution et de la réglementation. Un tel exemple de ceci peut être observé dans le nématode diplogastrid lointainement liée Pristionchus pacificus, qui affiche beaucoup plus complexe d' alimentation soitportements et les rythmes que sont observés en C. elegans 1. Ceci malgré les deux espèces partageant neurones pharyngés homologues 12. Coïncidant avec ces comportements alimentaires supplémentaires, P. pacificus affiche également une gamme alimentaire élargi, car ils sont des prédateurs avides, capables de compléter leur régime alimentaire bactérienne par également l' alimentation sur les larves d'autres nématodes. Heureusement, P. pacificus a été développé comme un modèle pour la biologie évolutionniste comparative et intégrative et donc de nombreux outils moléculaires et génétiques sont maintenant disponibles. Ceux - ci comprennent un génome entièrement séquencé et annoté 13, des outils moléculaires et génétiques , y compris les transgènes 14 et CRISPR / cas9 15,16 ainsi qu'une phylogénie détaillée et annotée 17 avec plus de 25 espèces étroitement apparentées , y compris ses espèces sœurs nouvellement découvertes. En outre, l'écologie de nombreuses espèces , y compris P. Pristionchus pacificus est nousll défini avec beaucoup d' espèces ayant été décrit le partage d' une association necromenic avec des scarabées, un hôte qu'ils partagent souvent avec d' autres espèces de nématodes 18. P. pacificus fournit donc un excellent système de modèle avec lequel pour disséquer l'évolution des nouveaux comportements et de leur importance écologique.
Afin d'analyser les comportements alimentaires prédateurs dans les espèces de nématodes comme P. pacificus nous avons développé plusieurs tests comportementaux nouveaux pour l' observation et la quantification des actions prédatrices facile. P. pacificus affiche une structure de bouche dimorphisme, qui influence fortement le comportement prédateur, l' identification de la bonne morphotype est essentielle 1,2. L'étroite morph stenostomatous bouche contient une seule dorsale dent émoussé et ne se livrent à aucune alimentation prédatrice. Alternativement, la grande morph eurystomatous bouche comprend une beaucoup plus grande en forme de griffe dorsale dent et un montant supplémentaire adversedent sous-ventrale, qui fonctionnent ensemble pour ouvrir efficacement la cuticule de leurs proies. Le rapport de la eurystomatous prédateurs à la forme stenostomatous non prédateurs varie selon les espèces Pristionchus et aussi à l' intérieur P. pacificus, cependant, le pourcentage de la bouche eurystomatous morph dans le P. pacificus souche de type sauvage (pS312) est habituellement 70-90% 2. En outre, les rapports de forme de bouche peuvent fluctuer en fonction de différentes influences environnementales (à la fois connues, y compris la famine et une petite molécule de signalisation ainsi que des facteurs inconnus), l'identification ainsi correcte et l'isolement de la forme de la bouche eurystomatous prédateur est essentiel pour les essais prédateurs avec succès.
A côté de la description de la forme de la bouche d'éviction, nous avons développé un «essai de morsure» pour l'observation directe et la quantification des comportements prédateurs, y compris mordre, tuer et nourrir les événements. Voici les nématodes proies sont isolés à travers le filtretion des cultures nouvellement affamés et exposés à des adultes prédateurs P. pacificus, qui sont observés ensemble sur un court laps de temps. En outre, nous avons également développé un haut débit "essai de cadavre» pour faciliter le dépistage rapide du comportement prédateur par l'observation indirecte des événements prédateurs. Cela profite de la présence de cadavres de larves comme un outil pour le dépistage de la prédation. Les deux essais fournissent des méthodes faciles et hautement reproductibles pour observer et mesurer le comportement prédateur des espèces de nématodes tels que P. pacificus.
1. Formulaire Mouth phénotypage
2. Bite Assay
Note: les essais Mordre permettent une analyse comportementale prédatrice détaillée.
3. Corpse Assay
Note: les essais de Corpse facilitent une quantification plus rapide du comportement prédateur.
4. Analyse des pharyngée et le mouvement des dents
Après une identification réussie de la bouche morph appropriée dans P. pacificus, de nettes différences entre les animaux eurystomatous et stenostomatous peut être détectée (figure 3) avec seulement les animaux eurystomatous engageant à tuer le comportement. Chez les animaux stenostomatous ce comportement semble être supprimé entièrement. En outre, les différences dans l'activité de la dent et du pharynx pompage des animaux eurystomatous sur les bactéries et les proies (Figure 4 et films 2 et 3) sont également évidentes. Bien que l'alimentation prédatrice, le débit de pompage est réduite en dessous celle observée lors de l'alimentation bactérienne et le mouvement des dents est détectée dans un rapport un à un avec le pompage du pharynx. Ceci est une indication potentielle des mécanismes de régulation clés modulant la réponse comportementale à l'alimentation différente.
s / ftp_upload / 54404 / 54404fig1.jpg "/>
Figure 1. P. pacificus a un dimorphisme Mouth qui influe sur le comportement alimentaire. (A) La forme de la bouche eurystomatous est capable de prédation et a une grande ouverture de la bouche avec une grande forme de griffe dorsale dent (fausse couleur rouge) et (B) une grande forme de sous-ventrale de la dent de crochet opposée (bleu fausse couleur). (C) La forme de la bouche stenostomatous est seulement capable de se nourrir de bactéries et a une ouverture de la bouche plus étroite avec une forme de silex dorsale dent (fausse couleur rouge) et (D) pas de sous-ventrale dent (*). Images Normaski sont 63X et barre d'échelle représente 10 um. S'il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.
Figure 2. Prédation Assays. (A) P. pacificus mord et tue les larves d'autres nématodes tels que C. elegans. (B) Pour les analyses mordantes, le nombre de bitesby prédateurs (*) peut être observée en utilisant un stéréomicroscope lumière et mise à mort réussie et l' alimentation des événements aussi enregistrés. Cadavres sont également clairement visibles (cercles). (C) Pour les essais de cadavres, carcasses larvaires (flèches) peuvent être facilement identifiés par rapport aux larves vivantes. La barre d'échelle représente 1 mm B et 150 um C. S'il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.
Figure 3. Résultats de Bite et Corpse Assays sur C. elegans Prey. (A) le comportement Mordre est seulement évidente sous la forme de la bouche eurystomatous avec ce comportement non affiché chez les animaux stenostomatous. Barre d'erreur représente l' écart - type de 10 répétitions. (B) Coïncidant avec aucun comportement mordant évident des animaux stenostomatous, des analyses de cadavres révèlent également que les carcasses sur des plaques d'essai d'animaux eurystomatous. Barre d'erreur représente l' écart - type de 5 répétitions. S'il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.
Figure 4. Eurystomatous taux de pompage et des dents Mouvement pendant l' alimentation Predatory. Mouvement des dents est observée seulement alors que les animaux eurystomatous sont engagés dans l' alimentation prédatrice. Cela coïncide avec une diminution pharyngée pompage. barre d'erreur représente l'écart-type de 10 répétitions. href = "https://www.jove.com/files/ftp_upload/54404/54404fig4large.jpg" target = "_ blank"> S'il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.
Film 2. haut débit Film de P. Camera pacificus tuant C. elegans Larves. (clic pour télécharger).
ad / 54404 / 54404movie3.jpg "/>
Film 3. zoomant caméra à haute vitesse de mouvement des dents Pendant Prédation. (Clic pour télécharger).
Nématodes fournissent un système puissant pour comprendre la neurobiologie et le comportement avec C. elegans étant jusqu'à présent le principal outil. Cependant, de nombreuses espèces de nématodes dont P. comportements d'affichage pacificus, qui sont absents ou varient en complexité de l'organisme modèle C. elegans et donc soulèvent des questions fascinantes sur l'évolution et la régulation de ces comportements. Un tel comportement supplémentaire trouvé dans de nombreuses autres espèces de nématodes dont P. pacificus est la capacité de compléter leur alimentation bactérienne en se livrant à l' alimentation prédatrice 1, 20. Nous avons donc mis au point et décrit un protocole détaillé pour la caractérisation facile et rapide de ces comportements prédateurs précédemment non analysés dans les nématodes.
Tout d'abord, nous avons fourni des procédés pour cribler des variations dans l'appareil d'alimentation dans la bouche des nématodes. L'identification du type de bouche correcte est un élément essentiel premier sTep pour les essais de prédation avec succès que, au moins dans le genre Pristionchus seuls animaux eurystomatous sont capables de l' alimentation prédatrice. Il est préférable d'identifier la bouche se transforme avec le protocole «bouche de phénotypage rapide» décrit dans le protocole 1.2 que cette méthode est beaucoup moins invasive et donc il est moins probable que les comportements prédateurs peuvent être perturbés. Toutefois, il est recommandé de commencer par se familiariser avec les différentes structures de la bouche par l'identification avec les animaux anesthésiés sur coussinets d'agar (protocole 1.1).
Après identification de la morph bouche souhaitée, nous avons décrit deux essais pour quantifier l'alimentation prédatrice. Ce sont, à haut débit "essai de cadavre» rapide (protocole 3) et un plus de temps, mais l'analyse comportementale plus approfondie par le "test de morsure" (protocole 2). Ces deux protocoles sont très souples permettant de nombreuses modifications afin d'optimiser les dosages en fonction des experimenexigences de fonds. Pour les essais de morsure en utilisant P. prédateurs pacificus sur C. elegans proie, observations d'interactions comportementales prédateurs pour une fenêtre de temps de 10 min est suffisante pour quantifier une quantité importante de morsures ainsi que d'autres événements d'alimentation. Pour les "tests de cadavre» à nouveau en utilisant P. prédateurs pacificus sur C. elegans proie, 5 prédateurs pendant 2 heures a produit nombre de cadavres facilement quantifiables et cohérents permettant l' analyse comportementale rapide. Toutefois, il convient de noter les différentes espèces de mouvement des nématodes prédateurs à des vitesses différentes, manger à des rythmes différents et généralement démontrer une grande diversité d'autres comportements 1. En outre, les différentes espèces de proies peuvent également être consommés à des taux différents pour des raisons similaires. Il est donc recommandé d'optimiser les analyses basées sur les espèces de nématodes testés à la fois comme les prédateurs et les proies, et aussi pour toutes les différences dans les conditions environnementales. Pendant les deux "morsure" et "corpse "des essais, il est essentiel que les deux proies et les prédateurs sont en bonne santé, comme stressés ou prédateurs blessés ne seront pas tuer efficacement. En outre, des plaques d'essai fraîches sont essentielles en tant que plaques âgées peuvent devenir séché qui affecte négativement la santé des nématodes menant à un faux des essais. On espère également que les futures itérations de ces essais prédateurs seront en mesure de tirer parti des progrès récents dans la technologie afin d'automatiser une grande partie de l'analyse comme cela a été accompli pour enquêter sur de nombreux comportements observés chez C. elegans 21, 22. Actuellement les problèmes sont susceptibles de survenir chez les nématodes tels que P. pacificus comme ils apparaissent beaucoup plus sensibles au contact, ce qui rend l' isolement et l' immobilisation dans des chambres microfluidiques susceptibles de mettre fin à l' alimentation prédatrice. Surmonter cela peut se révéler difficile , mais faciliterait les nématodes individuels à cribler pour subtile prédateur comportements.
Enfin, nous avons également fourni des méthodes for examiner l'appareil nématode d'alimentation lui-même faciliter les comparaisons entre les modes d'alimentation prédateurs et bactériennes en quantifiant les dents et pharyngée pompage cinétique en utilisant une caméra à grande vitesse (protocole 4). La quantification des taux de pompage du pharynx en C. elegans a été utilisé pour surveiller l' alimentation pendant de nombreuses années 23, cependant, C. elegans est dépourvu de toute forme de bouche denticle et manque aussi des comportements prédateurs. En combinant la quantification de pompage pharyngé avec celle de l'activité de la dent, toute innervation des dents spécifiques à la prédation peut également être observée. En raison de l'agrandissement nécessaire pour observer le mouvement des dents les animaux se déplacent souvent en dehors du plan focal, il est donc généralement possible d'observer la dent pour de courtes fenêtres de temps. En outre, à la différence C. elegans, le pharynx de P. pacificus ne continue pas pomper, mais plutôt se livre à des périodes de pompage et d' alimentation. Par conséquent, pour précise pharyngée pumtaux de ping alors que l'alimentation à déterminer, il est important d'enregistrer 15 secondes de l'alimentation continue.
Ces méthodes présentées ici constituent donc le premier cadre d'enquêter sur les comportements prédateurs dans les systèmes de nématodes. De plus, ils peuvent également être adaptable pour une utilisation dans les enquêtes sur d' autres interactions au sein de l'écosystème de nématodes , y compris l'influence des organismes plus écologiquement pertinents sur la prédation , y compris les micro - organismes, les champignons et les acariens . Ainsi, ils fournissent un moyen de disséquer la façon dont ces comportements prédateurs sont réglementés, la façon dont ils peuvent avoir évolué et aussi leur importance écologique.
The authors declare no financial or competing interests.
We thank Dr. Daniel Bumbarger for the predation behavior picture. This work was funded by the Max-Planck Society.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Nylon net filters (20 µm) | Merck Millipore Ltd | NY2004700 | Used to filter worms just leaving larvae for use as prey. |
PP Funnel for filter (54 mm) | Duran | 292215003 | Used to filter worms just leaving larvae for use as prey. |
Small petri dish (35/10 mm) | Greiner Bio-One | 627102 | For imaging on High speed camera |
Zeiss SteREO Discovery V12 | For mouth form identificaton | ||
Axio-Imager A1 | For mouth form identificaton | ||
Glass Slides | Roth | H869 | |
Cover Slips | Roth | 657 | |
Motion Scope M3 Highspeed camera | IDT | High speed camera | |
Video zoom 44 ENG 1/2" 0.5X to 2.4X | Zeis | 452984-0000-000 | High speed camera zoom |
Nematode Growth Medium (NGM) ingredients: | |||
Agar | Roth | 5210.2 | CAS-Nr. 9002-18-0 |
Sodium chloride (NaCl) | Roth | 3957 | CAS-Nr. 7647-14-5 |
Bacto Tryptone | BD | 211699 | Lot 4316614 |
Calcium chloride dihydrate (CaCl2) | Sigma-Aldrich | C3306 | CAS-Nr. 10035-04-8 |
Cholesterol from lanolin | Sigma-Aldrich | F 26732 00050 | CAS-Nr. 57-88-5 |
Magnesium sulfate heptahydrate (MgSO4) | Merck | 1,058,861,000 | CAS-Nr. 10034-99-8 |
Potassium dihydrogen phosphate (KH2PO4) | ACROS organics | 271080025 | CAS-Nr. 7778-77-0 |
6 cm petri dish | Greiner Bio-One | 628102 | |
3.5 cm petri dish | Greiner Bio-One | 627102 | |
M9 ingredients: | |||
Potassium dihydrogen phosphate (KH2PO4) | ACROS organics | 271080025 | CAS-Nr. 7778-77-0 |
Sodium hydrogen phosphate heptahydrate (NaHPO4) | Sigma-Aldrich | S9390-500G-D | CAS-Nr. 7782-85-6 |
Sodium chloride (NaCl) | Roth | 3957 | CAS-Nr. 7647-14-5 |
Demande d’autorisation pour utiliser le texte ou les figures de cet article JoVE
Demande d’autorisationThis article has been published
Video Coming Soon