Name: design and analysis of temperature preference behavior and its circadian rhythm in drosophila
Uploaded: 2014-01-13T13:45:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Design and Analysis of Temperature Preference Behavior and its Circadian Rhythm in Drosophila at JoVE.com

Vi är tacksamma mot Drs. Aravinthan Samuel och Marc Gershow som hjälpte till att utveckla den ursprungliga versionen av beteendeapparaten och Matthew Batie som modifierade beteendeapparaten. Denna forskning stöddes av Trustee Grant från Cincinnati Children's Hospital, JST/PRESTO, March of Dimes och NIH R01 GM107582 till F.N.H.

1. Förberedelse av flugor
<ol><li>Ljust mörker (LD) experiment
	<ol>
<li>Höj flugor i inkubatorer (25 °C/40-60% relativ luftfuktighet (RH)) under lätta 12 timmar/mörker 12 timmars (LD) cykler. Inkubatorerna har en ljusintensitet på ~500-1 000 lux.</li>
		<li>Två inkubatorer är nödvändiga för att slutföra beteendeanalyserna under en 24-timmarsperiod. Båda inkubatorerna ska ha ett programmerbart ljus med ON OFF-funktioner. De bör också ha fasta dörrar som inte är genomsläppliga för<em...

<ol>
	<li>Krauchi, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+thermophysiological+cascade+leading+to+sleep+initiation+in+relation+to+phase+of+entrainment.">The thermophysiological cascade leading to sleep initiation in relation to phase of entrainment.</a> Sleep Med. Rev. 11, 439-451 (2007).</li><li>Krauchi, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+human+sleep-wake+cycle+reconsidered+from+a+thermoregulatory+point+of+view.">The human sleep-wake cycle reconsidered from a thermoregulatory point of view.</a> Physiol. Behav. 90, 236-245 (2007).</li><li>Kaneko, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Circadian+Rhythm+of+Temperature+Preference+and+Its+Neural+Control+in+Drosophila.">Circadian Rhythm of Temperature Preference and Its Neural Control in Drosophila.</a> Curr. Biol. 22, 1851-1857 (2012).</li><li>Allada, R., Chung, B. Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Circadian+organization+of+behavior+and+physiology+in+Drosophila.">Circadian organization of behavior and physiology in Drosophila.</a> Annu. Rev. Physiol. 72, 605-624 (2010).</li><li>Garrity, P. A., Goodman, M. B., Samuel, A. D., Sengupta, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Running+hot+and+cold:+behavioral+strategies,+neural+circuits,+and+the+molecular+machinery+for+thermotaxis+in+C.+elegans+and+Drosophila..">Running hot and cold: behavioral strategies, neural circuits, and the molecular machinery for thermotaxis in C. elegans and Drosophila..</a> Genes Dev. 24, 2365-2382 (2010).</li><li>Hamada, F. N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+internal+thermal+sensor+controlling+temperature+preference+in+Drosophila.">An internal thermal sensor controlling temperature preference in Drosophila.</a> Nature. 454, 217-220 (2008).</li><li>Hong, S. T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=cAMP+signalling+in+mushroom+bodies+modulates+temperature+preference+behaviour+in+Drosophila.">cAMP signalling in mushroom bodies modulates temperature preference behaviour in Drosophila.</a> Nature. 454, 771-775 (2008).</li><li>Dillon, M. E., Wang, G., Garrity, P. A., Huey, R. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Review:+Thermal+preference+in+Drosophila.">Review: Thermal preference in Drosophila.</a> J. Therm. Biol. 34, 109-119 (2009).</li><li>Viswanath, V., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Opposite+thermosensor+in+fruitfly+and.">Opposite thermosensor in fruitfly and.</a> Nature. 423, 822-823 (2003).</li><li>Gallio, M., Ofstad, T. A., Macpherson, L. J., Wang, J. W., Zuker, C. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+coding+of+temperature+in+the+Drosophila+brain.">The coding of temperature in the Drosophila brain.</a> Cell. 144, 614-624 (2011).</li><li>Stevenson, R. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+relative+importance+of+behavioral+and+physiological+adjustments+controlling+body+temperature+in+terrestrial+ectotherms.">The relative importance of behavioral and physiological adjustments controlling body temperature in terrestrial ectotherms.</a> Am. Nat. 126 (3), (1985).</li><li>Refinetti, R., Menaker, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+circadian+rhythm+of+body+temperature.">The circadian rhythm of body temperature.</a> Physiol. Behav. 51, 613-637 (1992).</li><li>Duffy, J. F., Dijk, D. J., Klerman, E. B., Czeisler, C. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Later+endogenous+circadian+temperature+nadir+relative+to+an+earlier+wake+time+in+older+people.">Later endogenous circadian temperature nadir relative to an earlier wake time in older people.</a> Am. J. Physiol. 275, 1478-1487 (1998).</li><li>Saper, C. B., Lu, J., Chou, T. C., Gooley, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+hypothalamic+integrator+for+circadian+rhythms.">The hypothalamic integrator for circadian rhythms.</a> Trends Neurosci. 28, 152-157 (2005).</li><li>Konopka, R. J., Pittendrigh, C., Orr, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Reciprocal+behaviour+associated+with+altered+homeostasis+and+photosensitivity+of+Drosophila+clock+mutants.">Reciprocal behaviour associated with altered homeostasis and photosensitivity of Drosophila clock mutants.</a> J. Neurogenet. 6, 1-10 (1989).</li><li>Qiu, J., Hardin, P. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=per+mRNA+cycling+is+locked+to+lights-off+under+photoperiodic+conditions+that+support+circadian+feedback+loop+function.">per mRNA cycling is locked to lights-off under photoperiodic conditions that support circadian feedback loop function.</a> Mol. Cell Biol. 16, 4182-4188 (1996).</li><li>Crocker, A., Sehgal, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Genetic+analysis+of+sleep.">Genetic analysis of sleep.</a> Genes Dev. 24, 1220-1235 (1220).</li><li>Hendricks, J. C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Rest+in+Drosophila+is+a+sleep-like+state.">Rest in Drosophila is a sleep-like state.</a> Neuron. 25, 129-138 (2000).</li><li>Shaw, P. J., Cirelli, C., Greenspan, R. J., Tononi, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Correlates+of+sleep+and+waking+in+Drosophila+melanogaster.">Correlates of sleep and waking in Drosophila melanogaster.</a> Science. 287, 1834-1837 (2000).</li><li>Parisky, K. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=PDF+cells+are+a+GABA-responsive+wake-promoting+component+of+the+Drosophila+sleep+circuit.">PDF cells are a GABA-responsive wake-promoting component of the Drosophila sleep circuit.</a> Neuron. 60, 672-682 (2008).</li></ol>

Här illustrerar vi detaljerna i temperaturpreferensens beteendeapparat och analys av TPR-beteendet. Drosophila uppvisar de framträdande, robusta och reproducerbara egenskaperna hos klockstyrd TPR. Våra data tyder dock på att minst två faktorer, omgivande ljus och ålder, avsevärt stör TPR beteendemässiga fenotyper.
Vi observerar att ljus väsentligt påverkar temperaturpreferensen i Drosophila. Det är förenligt med det faktum att w1118 flugor so...

Temperaturen är en allestädes närvarande miljösignal. Djur uppvisar en mängd olika beteenden för att undvika skadliga temperaturer och söka bekväma. Drosophila uppvisar ett robust temperaturpreferensbeteende6,7. När flugor släpps ut i en temperaturgradient från 18-32 °C undviker flugorna både varma och kalla temperaturer och väljer slutligen en önskad temperatur på 25 °C på morgonen3. De varma temperatursensorerna är en uppsättning termosensoriska nervceller, AC-nervceller, som uttrycker Drosophila transient receptorpotential (TPR) kanal, TRPA16,9. Kalltemperatursensorerna är belägna i de tredje antennsegmenten, eftersom iablande av de 3: e antennsegmenten orsakar bristen på undvikande av kalla temperaturer6. Nyligen identifierades TRPP-proteinet Brivido (Brv)10. Eftersom Brv uttrycks i de 3: e antennsegmenten och förmedlar kalldetektering, är Brv en möjlig kallavkänningsmolekyl, vilket är avgörande för temperaturpreferensbeteendet. Sammanfattningsvis använder flugorna dessa två temperatursensorer för att undvika de varma och kalla temperaturerna och hitta en föredragen temperatur.
Medan däggdjur genererar värme för att reglera sin kroppstemperatur, anpassar ektotermer i allmänhet sina kroppstemperaturer till omgivningstemperaturen11. Vissa ectotherms är kända för att uppvisa ett dagligt TPR-beteende som tros vara en strategi för ectotherms att reglera sin BTR12. För att avgöra om flugorna uppvisade TPR upprepade vi temperaturpreferensbeteendeanalysen vid olika punkter under ett spann av 24 timmar. Vi fann att Drosophila uppvisar en daglig TPR, som är låg på morgonen och hög på kvällen och följer ett mönster som liknar BTR hos människor13.
I Drosophilafinns det ~150 klockneuroner i hjärnan. Klockneuroner som reglerar lokomotorisk aktivitet kallas M- och E-oscillatorer. Intressant nog reglerar dock inte M- och E-oscillatorer TPR, istället visade vi att DN2-klockneuroner i hjärnan reglerar TPR men inte lokomotorisk aktivitet. Dessa uppgifter tyder på att TPR regleras oberoende av lokomotorisk aktivitet. I synnerhet regleras däggdjur BTR också oberoende av lokomotorisk aktivitet. Ablationsstudier på råttor visar att BTR styrs genom specifika SCN-nervceller som riktar sig mot en annan delmängd av subparaventricular zon nervceller än de som kontrollerar lokomotorisk aktivitet14. Därför tar våra data hänsyn till möjligheten att däggdjurs BTR och flugan TPR är evolutionellt bevarade3, eftersom både fly TPR och däggdjur BTR uppvisar dygnsrytm-beroende temperaturrytmer, som är oberoende reglerade från lokomotorisk aktivitet.
Här beskriver vi detaljerna i hur man analyserar TPR beteendeanalys i Drosophila. Denna metod möjliggör undersökning av inte bara den molekylära mekanismen och neurala kretsarna i TPR, men också hur hjärnan integrerar olika miljösignaler och inre biologiska klockor.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="578">
	<colgroup>
		<col />
		<col />
		<col />
		<col />
	</colgroup>
	<tbody>
		<tr height="41">
			<td height="41" style="height:41px;width:172px;">Bright Lab Jr. Safelight</td>
			<td style="width:109px;">Amazon</td>
			<td style="width:153px;">#B00013J8UY</td>
			<td style="width:144px;">Red light for dark rooms</td>
		</tr>
		<tr height="61">
			<td height="61" style="height:61px;width:172px;">Rain X</td>
			<td style="width:109px;">SOPUS products</td>
			<td style="width:153px;"></td>
			<td style="width:144px;">Water repellent: Apply the plexiglass cover</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:172px;">C-Clamp</td>
			<td style="width:109px;">Home Depot</td>
			<td style="width:153px;"></td>
			<td style="width:144px;"></td>
		</tr>
		<tr height="32">
			<td height="32" style="height:32px;width:172px;">Temperature/hygrometer</td>
			<td style="width:109px;">Fisher</td>
			<td style="width:153px;">15-077-963</td>
			<td style="width:144px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:172px;"></td>
			<td style="width:109px;"></td>
			<td style="width:153px;"></td>
			<td style="width:144px;"></td>
		</tr>
		<tr height="44">
			<td height="44" style="height:44px;width:172px;">Peltier devices</td>
			<td style="width:109px;">TE Technology, Inc.</td>
			<td style="width:153px;">HP-127-1.4-1.15-71P</td>
			<td style="width:144px;"></td>
		</tr>
		<tr height="30">
			<td height="30" style="height:30px;width:172px;">Thermometer</td>
			<td style="width:109px;">Fluke</td>
			<td style="width:153px;">Fluke 52II</td>
			<td style="width:144px;"></td>
		</tr>
		<tr height="46">
			<td height="46" style="height:46px;width:172px;">Bench top controller</td>
			<td style="width:109px;">Oven Industries</td>
			<td style="width:153px;">5R6-570-15R and 5R6-570-24R</td>
			<td style="width:144px;"></td>
		</tr>
		<tr height="36">
			<td height="36" style="height:36px;width:172px;">Temperature sensor probe</td>
			<td style="width:109px;">Oven Industries</td>
			<td style="width:153px;">TR67-32</td>
			<td style="width:144px;"></td>
		</tr>
		<tr height="52">
			<td height="52" style="height:52px;width:172px;">Generic 480 Watt ATX power supply</td>
			<td style="width:109px;"></td>
			<td style="width:153px;"></td>
			<td style="width:144px;">computer cooling system</td>
		</tr>
		<tr height="64">
			<td height="64" style="height:64px;width:172px;">MCR220-QP-RES Dual 120 mm Radiator with reservoir&#160;</td>
			<td style="width:109px;">Swiftech</td>
			<td style="width:153px;"></td>
			<td style="width:144px;">computer cooling system</td>
		</tr>
		<tr height="50">
			<td height="50" style="height:50px;width:172px;">MCP350 In-Line 12V DC pump</td>
			<td style="width:109px;">Swiftech</td>
			<td style="width:153px;"></td>
			<td style="width:144px;">computer cooling system</td>
		</tr>
		<tr height="49">
			<td height="49" style="height:49px;width:172px;">MCW50 graphics Card liquid cooler</td>
			<td style="width:109px;">Swiftech</td>
			<td style="width:153px;"></td>
			<td style="width:144px;">computer cooling system</td>
		</tr>
		<tr height="52">
			<td height="52" style="height:52px;width:172px;">Scythe Kaze-Jyuni SY1225SL12SH fan</td>
			<td style="width:109px;">Crazy PC</td>
			<td style="width:153px;"></td>
			<td style="width:144px;">computer cooling system</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

design and analysis of temperature preference behavior and its circadian rhythm in drosophila

Dygnsrytmen reglerar många aspekter av livet, inklusive sömn, lokomotorisk aktivitet och kroppstemperaturrytmer (BTR)1,2. Vi identifierade nyligen en roman Drosophila dygnsrytm, kallad temperaturpreferensrytmen (TPR), där den föredragna temperaturen i flugor stiger under dagen och faller under natten 3. Överraskande kontrolleras TPR och lokomotorisk aktivitet genom distinkta dygnsrytmneuroner3. Drosophila lokomotorisk aktivitet är en välkänd dygnsrytm beteendemässiga produktion och har gett starka bidrag till upptäckten av många bevarade däggdjur dygnsrytm klockgener ochmekanismer 4. Därför kommer förståelse av TPR att leda till identifiering av hittills okända molekylära och cellulära dygnsrytm mekanismer. Här beskriver vi hur du utför och analyserar TPR-analysen. Denna teknik gör det inte bara möjligt att dissekera TPR: s molekylära och neurala mekanismer, utan ger också nya insikter om de grundläggande mekanismerna i hjärnfunktionerna som integrerar olika miljösignaler och reglerar djurbeteenden. Dessutom tyder våra nyligen publicerade uppgifter på att flugan TPR delar funktioner med däggdjuret BTR3. Drosophila är ectotherms, där kroppstemperaturen vanligtvis regleras beteendemässigt. Därför är TPR en strategi som används för att generera en rytmisk kroppstemperatur i dessa flugor5-8. Vi tror att ytterligare utforskning av Drosophila TPR kommer att underlätta karakteriseringen av mekanismerna bakom kroppstemperaturkontroll hos djur.

Ett exempel på temperaturpreferensrytmen visas i figur 5. Om beteendeproceduren framgångsrikt görs, bör flugorna uppvisa en TPR där de föredrar en låg temperatur på morgonen och högre temperatur på kvällen. ~1-1,5 °C ökning under dagtid i temperaturpreferens bör observeras under dagen, oavsett den genetiska bakgrunden, eftersom vi visade att w1118, yw och Canton S flugor uppvisar en liknande temperatur preferens underdagtid 3.
<p class="j...

Watch this Scientific Journal Video about Design and Analysis of Temperature Preference Behavior and its Circadian Rhythm in Drosophila at JoVE.com

Design and Analysis of Temperature Preference Behavior and its Circadian Rhythm in Drosophila

Vi identifierade nyligen en ny Drosophila dygnsrytm produktion, temperatur preferens rytm (TPR), där den föredragna temperaturen i flugor stiger under dagen och faller under natten. TPR regleras oberoende av en annan dygnsrytmproduktion, lokomotorisk aktivitet. Här beskriver vi utformningen och analysen av TPR i Drosophila.

Design och analys av temperaturpreferensbeteende och dess dygnsrytm i Drosophila

The circadian clock regulates many aspects of life, including sleep, locomotor activity, and body temperature (BTR) rhythms1,2. We recently identified a ...

Research

Education

JoVE Journal

JoVE Core

Cell Biology

Biology

Design and Analysis of Temperature Preference Behavior and its Circadian Rhythm in Drosophila

Unit 1

Alternative Signaling Routes in Gene Expression

SCIENTISTS IN ACTION

High-resolution Measurement of Odor-Driven Behavior in Drosophila Larvae

Högupplöst Mätning av Lukt-Driven Beteende i Drosophila Larver

Olfactory responses in Drosophila larvae have been traditionally studied in Petri dishes comprising a single peripheral odor source. In this behavioral ...

Lens Transplantation in Zebrafish and its Application in the Analysis of Eye Mutants

Lens Transplantation i Zebrafish och dess tillämpning i analysen av Eye Mutanter

The lens plays an important role in the development of the optic cup[1,2]. Using the zebrafish as a model organism, questions regarding lens development ...

Dissection of Hippocampal Dentate Gyrus from Adult Mouse

Dissekering av hippocampus dentate gyrus från vuxen mus

The hippocampus is one of the most widely studied areas in the brain because of its important functional role in memory processing and learning, its ...

Studying Mitotic Checkpoint by Illustrating Dynamic Kinetochore Protein Behavior and Chromosome Motion in Living Drosophila Syncytial Embryos

Studying Mitotic Checkpoint by Illustrating Dynamic Kinetochore Protein Behavior and Chromosome Motion in Living Drosophila Syncytial Embryos

Studera Mitotisk Checkpoint genom att illustrera Dynamic kinetochore Protein beteende och kromosomer Motion i levande<em&gt; Drosophila</em&gt; Syncytiala Embryon

The spindle assembly checkpoint (SAC) mechanism is an active signal, which monitors the interaction between chromosome kinetochores and spindle ...

Live Imaging of Apoptotic Cell Clearance during Drosophila Embryogenesis

Live Imaging of Apoptotic Cell Clearance during Drosophila Embryogenesis

Live avbildning av Apoptotic Cell Utförsäljning under<em&gt; Drosophila</em&gt; Embryogenesis

The  proper elimination of unwanted or aberrant cells through apoptosis and  subsequent phagocytosis (apoptotic cell clearance) is crucial for normal  ...

Extraction and Analysis of Cortisol from Human and Monkey Hair

Extraktion och analys av kortisol från Human och Monkey Hair

The stress hormone cortisol (CORT) is slowly incorporated into the growing hair shaft of humans, nonhuman primates, and other mammals. We developed and ...

Cytological Analysis of Spermatogenesis: Live and Fixed Preparations of Drosophila Testes

Cytological Analysis of Spermatogenesis: Live and Fixed Preparations of Drosophila Testes

Cytologisk analys av Spermatogenesen: Live och fasta Beredningar av<em&gt; Drosophila</em&gt; Testiklar

Drosophila melanogaster is a powerful model system that has been widely used to elucidate a variety of biological processes. For example, studies of both ...

Rapid Analysis of Circadian Phenotypes in Arabidopsis Protoplasts Transfected with a Luminescent Clock Reporter

Snabb analys av dygns Fenotyper i Arabidopsis protoplaster transfekterade med en lysande klocka Reporter

The plant circadian clock allows the anticipation of daily changes to the environment. This anticipation aids the responses to temporally predictable ...

Observation and Quantification of Mating Behavior in the Pinewood Nematode, Bursaphelenchus xylophilus

Observation and Quantification of Mating Behavior in the Pinewood Nematode, Bursaphelenchus xylophilus

Observation och kvantifiering av parningsbeteendet hos tallvedsnematoden,<em&gt; Bursaphelenchus xylophilus</em

A method for observing and quantifying the mating behavior of the pinewood nematode, Bursaphelenchus xylophilus, was established under a stereomicroscope. ...

Analysis of Arabidopsis thaliana Growth Behavior in Different Light Qualities

Analysis of Arabidopsis thaliana Growth Behavior in Different Light Qualities

Analys av Arabidopsis thaliana tillväxt beteende i olika ljus kvaliteter

Plant biologists often need to observe the growth behavior of their chosen species. To this end, the plants need constant environmental and stable light ...