Name: quantifying abdominal pigmentation in drosophila melanogaster
Uploaded: 2017-06-01T12:30:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Quantifying Abdominal Pigmentation in Drosophila melanogaster at JoVE.com

Dit werk werd gefinancierd door de National Science Foundation, verleent IOS-1256565 en IOS-1557638 aan AWS. We bedanken Patricia Wittkopp en drie anonieme recensenten voor hun nuttige opmerkingen over een eerdere versie van dit artikel.

1. Proefmontage OPMERKING: Bewaar dood vliegen in 70% ethanol in water voor afbeelden. <ol><li> Giet 10 ml 1,25% agar opgelost in kokend water in een 60 mm x 15 mm Petri-schotel en laat het instellen. </li><li> Gebruik onder een dissectiemicroscoop een paar fijnpuntenpincen om een ​​~ 20 mm ong, 2 mm brede, 1 mm diepe groef in het oppervlak van de gel te maken. Gebruik fijne pincet, installeer de ventrale zijde van een volwassen vlieg in de groef, met de dorsale kant van de vlieg die b...

Deze methodologie zorgt voor de precieze, snelle en herhaalbare verwerving van pigmentatiegegevens in een kwantitatieve vorm die geschikt is voor meerdere downstream analyses. De methode is gebruikt om gegevens over het effect van temperatuur op buikpigmentatie in een isogene lijn vliegen te verwerven. De methodologie kan echter gebruikt worden in voorwaartse genetische studies om genen die onderliggende pigmentatieverschillen tussen individuen, populaties of soorten, of omgekeerde genetische studies zijn, te identifice...

Pigmentatie toont een enorme fenotypische variatie tussen soorten, populaties en individuen, en zelfs bij individuen tijdens ontogenie 1 , 2 , 3 , 4 , 5 , 6 . Hoewel er veel studies zijn over pigmentatie in een grote verscheidenheid aan dieren, is pigmentatie wellicht het beste bestudeerd in Drosophila melanogaster , waar de volledige kracht van de moleculaire genetica is gebruikt om de ontwikkelings- en fysiologische mechanismen die pigmentatie regelen en hoe deze mechanismen evolueren 1 toe te lichten , 6 . Er is veel bekend over de genen die de biochemische synthese van pigmenten regelen in D. melanogaster 7 , 8 en de genen die de temporale en ruimtelijke diVerdeling van deze biosynthese 9 , 10 , 11 , 12 , 13 . Bovendien heeft genetische mapping de genetische loci onderliggende intra- en interspecifieke verschillen in pigmentatie in D. melanogaster 14 , 15 , 16 , 17 geïdentificeerd . De relaties tussen pigmentatie en pleiotropische eigenschappen, zoals gedrag 18 , 19 en immuniteit 19 , 20 , zijn ook onderzocht, evenals de adaptieve betekenis van pigmentatiepatronen 15 , 21 , 22 . Als zodanig is pigmentatie in D. melanogaster ontstaan ​​als een krachtige maar simpele mOdel voor de ontwikkeling en evolutie van complexe fenotypes. Pigmentatie in volwassen D. melanogaster wordt gekenmerkt door verschillende melanisatiepatronen over het lichaam, met name op de vleugels en dorsale thorax en buik. Het is de pigmentatie van elke cutikulaire plaat (tergiet) op de dorsale buik, maar dat heeft de meeste onderzoeks aandacht gekregen. Er is aanzienlijke variatie in deze pigmentatie ( Figuur 1A -F ), door beide genetische 17 , 23 en milieu 24 , 25 factoren. De kutikula van een buiktergiet bestaat uit voorste en achterste ontwikkelingscompartimenten ( Figuur 1G ), die elk verder onderverdeeld kunnen worden, afhankelijk van pigmentatie en versiering 26 . Het voorste compartiment bevat zes kutikulaTypen (a1-a6), en het achterste compartiment omvat drie (p1-p3) ( figuur 1G ). Van deze worden de p1-, p2- en a1-kutikula typisch gevouwen onder de tergiet in onuitgespreide abdomenen, zodat ze verborgen zijn. De betrouwbare zichtbare kutikula wordt gekenmerkt door een band met zware pigmentatie, hierna aangeduid als een pigmentband, bestaande uit kutikeltypes a4 (harig met matige borstels) en a5 (harig met grote borstels), met de achterste rand van de band Meer intensief gepigmenteerd dan de voorste rand ( figuur 1G ). Voorkant van deze band is een gebied van licht gepigmenteerde harige kutikula, die achterste achterkant (a3) ​​maar niet anterior (a2) heeft. Variatie in pigmentatie tussen vliegen wordt waargenomen in zowel de intensiteit van pigmentatie als in de breedte van de pigmentband. In het algemeen is variatie het grootste in de meest achterste segmenten (abdominale segmenten 5, 6 en 7) en is lager in de meer anterior segmenten (buikzeeGents 3 en 4) 24 . Verder is er een seksuele dimorfie in D. melanogaster pigmentatie, waarbij mannen meestal volledig gepigmenteerde vijfde en zesde buiktergieten hebben ( Figuur 4C ). In de meeste studies van buikpigmentatie in D. melanogaster is pigmentatie behandeld als een categorische of ordinale eigenschap, waarbij het patroon kwalitatief 27 , 28 , 29 of semi-kwantitatief wordt gemeten op een schaal 14 , 15 , 16 , 17 , 24 , 30 31 , 32 , 33 , 34 , 3536 , 37 . Deze methoden hebben onvermijdelijk een gebrek aan precisie, en omdat ze vertrouwen op de subjectieve beoordeling van pigmentatie, is het moeilijk om de gegevens over studies te vergelijken. Verscheidene auteurs hebben de ruimtelijke dimensies van pigmentatie 38 , 39 gekwantificeerd, de intensiteit van pigmentatie van een bepaald kutikeltype 23 , 25 , 39 , 40 of de gemiddelde intensiteit van pigmentatie over de buiktergiet als geheel 41 , 42 , 43 . Desalniettemin meet deze kwantificatiewerkwijzen echter niet de intensiteit en de ruimtelijke verdeling van buikpigmentatie tegelijkertijd en derhalve niet de nuances van hoe pigmentatie varieert over de abdOminale tergiet Verder vereisen verscheidene van deze kwantificatiewerkwijzen 38 , 41 , 42 , 43 de dissectie en montage van de buikspieren. Dit is zowel tijdrovend en vernietigt het monster, waardoor het niet meer beschikbaar is voor aanvullende morfologische analyses. Aangezien het begrip van de ontwikkeling en evolutie van buikpigmentatie verdiept, zullen meer geavanceerde hulpmiddelen nodig zijn om snel en nauwkeurig zowel de ruimtelijke verdeling als de intensiteit van pigmentatie te meten. Het algemene doel van deze methode is het gebruik van digitale beeldanalyse om een ​​replicabele en nauwkeuriger maatregel van de buikpigmentatie in D. melanogaster te verkrijgen . De methodologie omvat drie fasen. Ten eerste is de volwassen vlieg niet destructief gemonteerd en wordt een digitaal beeld van de dorsale buik genomen. Ten tweede, met behulp van een ImageJ macro, de gebruikerDefinieert een anterior-posterior strook pixels die zich uitstrekken van de voorkant van de a2-cuticle naar de achterkant van de a5-cuticle (groene doos, figuur 1G ) op zowel de derde als vierde buikspijkers. De gemiddelde pixelwaarde over de breedte van deze strip wordt vervolgens langs zijn lange as geëxtraheerd, waardoor een profiel wordt verkregen dat de ruimtelijke verdeling en intensiteit van pigmentatie vastlegt als het van de voorste naar de achterkant van de tergiet verandert. Ten derde wordt een R-script gebruikt om het pigmentatieprofiel wiskundig te beschrijven met behulp van een kubieke spline. Het R-script gebruikt dan de spline en zijn eerste en tweede afgeleide om de breedte van de a2-a5-kutikula, de breedte van de pigmentband en de maximale en minimumpigmenten van pigmentatie te extraheren. De methode kent dus zowel de ruimtelijke eigenschappen als de diepte van de buikpigmentatie. Deze methodologie kwantificeert de pigmentatie van de derde en vierde abdominale tergieten,Die de focus zijn geweest van tal van eerdere studies 1 , 15 , 23 , 24 , 25 , 28 , 33 , 39 , 42 , ofwel uitsluitend of in combinatie met meer posterior tergieten. Hoewel minder variabel dan de vijfde en zesde abdominale tergieten, zijn de derde en vierde tergieten niet helemaal gepigmenteerd bij mannen, dus dit protocol kan zowel bij mannen als vrouwen worden toegepast. Desalniettemin, zoals hier getoond, kan het protocol worden gebruikt om pigmentatie in de vijfde en zesde buiktergieten bij vrouwen te meten. Bovendien moeten kleine wijzigingen van de scripts die gebruikt worden om de eigenschappen van het pigmentatieprofiel te extraheren, de methode toestaan ​​om de variatie in pigmentatie in een grote verscheidenheid aan andere te kwantificerenorganismen.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Dumont #5 Biology Forceps</td>
			<td>FST</td>
			<td>11252-30</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Agar</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>5040</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dissecting Scope</td>
			<td>Leica</td>
			<td>MZ16FA</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Base</td>
			<td>Leica</td>
			<td>MDG41</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Camera</td>
			<td>Leica</td>
			<td>DFC280</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Gooseneck Cold Light Source</td>
			<td>Schott</td>
			<td>ACE 1</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Image Acquisition Control Software</td>
			<td>Micro-Manager v1.3.20</td>
			<td></td>
			<td>https://micro-manager.org/</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Image Analysis Software</td>
			<td>ImageJ</td>
			<td></td>
			<td>https://imagej.nih.gov/ij/</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Data Analysis Software</td>
			<td>R 3.3.2</td>
			<td></td>
			<td>https://www.r-project.org/</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>LED</td>
			<td>Thor Labs</td>
			<td>LEDWE-15</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Multimeter</td>
			<td>Fluke</td>
			<td>Fluke 75 Series II</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>60 x 15 mm Petri dish</td>
			<td>Celltreat Scientific Products</td>
			<td>229663</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Stage micrometer</td>
			<td>Klarman Rulings, Inc.</td>
			<td>KR-867</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

quantifying abdominal pigmentation in drosophila melanogaster

Pigmentatie is een morfologisch eenvoudig maar zeer variabel kenmerk dat vaak adaptieve betekenis heeft. Het heeft uitgebreid gediend als model om de ontwikkeling en evolutie van morfologische fenotypes te begrijpen. Abdominale pigmentatie in Drosophila melanogaster is bijzonder handig, zodat onderzoekers de loci kunnen identificeren die onderling en intraspecifieke variaties in morfologie liggen. Tot op heden is echter D. melanogaster buikpigmentatie grotendeels kwalitatief geanalyseerd, door middel van scoren, in plaats van kwantitatief, welke de vormen van statistische analyse beperken die op pigmentatiegegevens kan worden toegepast. Dit werk beschrijft een nieuwe methodologie die het mogelijk maakt om verschillende aspecten van het abdominale pigmentatiepatroon van volwassen D. melanogaster te kwantificeren . Het protocol bevat voorbeeldmontage, beeldopname, data-extractie en analyse. Alle software die wordt gebruikt voor macro-opnames en analysemogelijkhedenGeschreven voor open-source beeldanalyse. Het voordeel van deze aanpak is het vermogen om pigmentatiekenmerken nauwkeurig te meten met behulp van een methodologie die zeer reproducteerbaar is over verschillende beeldvormingssystemen. Hoewel de techniek is gebruikt om variatie in de tergal pigmentatiepatronen van volwassen D. melanogaster te meten , is de methodologie flexibel en breed toepasbaar op pigmentatiepatronen in veel verschillende organismen.

Het protocol werd gebruikt om het effect van de opslagtemperatuur op buikpigmentatie te onderzoeken. Uitgaande onderzoeken hebben aangetoond dat een toename van de ontwikkelingstemperatuur resulteert in een afname in de verspreiding van buikpigmentatie in verschillende soorten Drosophila , waaronder D. melanogaster 30 , 32 . Specifiek, in buiktergieten 3 en 4 neemt de mate van pigmentatie (breedte van de pigment...

Watch this Scientific Journal Video about Quantifying Abdominal Pigmentation in Drosophila melanogaster at JoVE.com

Quantifying Abdominal Pigmentation in Drosophila melanogaster

Dit werk biedt een methode om de abdominale pigmentatie van Drosophila melanogaster snel en nauwkeurig te kwantificeren met behulp van digitale beeldanalyse . Deze methode stroomlijnt de procedures tussen fenotype-acquisitie en data-analyse en omvat voorbeeldmontage, beeldverzameling, pixelwaarde-extractie en eigenschappen van eigenschappen.

Kwantificering van buikpigmentatie in<em&gt; Drosophila melanogaster</em

Pigmentation is a morphologically simple but highly variable trait that often has adaptive significance. It has served extensively as a model for ...

Research

JoVE Journal

Genetics

Quantifying Abdominal Pigmentation in Drosophila melanogaster

In Situ Labeling of Mitochondrial DNA Replication in Drosophila Adult Ovaries by EdU Staining

In Situ Labeling of Mitochondrial DNA Replication in Drosophila Adult Ovaries by EdU Staining

In Situ Labeling van mitochondriaal DNA-replicatie in Drosophila volwassen Eierstokken van Edu kleuring

The mitochondrial genome is inherited exclusively through the maternal line. Understanding of how the mitochondrion and its genome are proliferated and ...

High Fat Diet Feeding and High Throughput Triacylglyceride Assay in Drosophila Melanogaster

High Fat Diet Feeding and High Throughput Triacylglyceride Assay in Drosophila Melanogaster

Hoog vet dieet voeding en High Throughput triglyceride test bij Drosophila Melanogaster

Heart disease is the number one cause of human death worldwide. Numerous studies have shown strong connections between obesity and cardiac malfunction in ...

High Resolution Fluorescent In Situ Hybridization in Drosophila Embryos and Tissues Using Tyramide Signal Amplification

High Resolution Fluorescent In Situ Hybridization in Drosophila Embryos and Tissues Using Tyramide Signal Amplification

Hoge resolutie fluorescentie In Situ hybridisatie in Drosophila embryo's en weefsels met behulp van Tyramide signaal versterking

In our efforts to determine the patterns of expression and subcellular localization of Drosophila RNAs on a genome-wide basis, and in a variety of ...

Measuring Exercise Levels in Drosophila melanogaster Using the Rotating Exercise Quantification System (REQS)

Measuring Exercise Levels in Drosophila melanogaster Using the Rotating Exercise Quantification System REQS

Meten van oefening niveaus bij Drosophila melanogaster met behulp van de roterende oefening kwantificering (systeemvereisten)

Drosophila melanogaster is a new model organism for studies in exercise biology. To date, two main exercise systems, the Power Tower and the Treadwheel ...

The TreadWheel: Interval Training Protocol for Gently Induced Exercise in Drosophila melanogaster

The TreadWheel: Interval Training Protocol for Gently Induced Exercise in Drosophila melanogaster

De tredmolen: Interval Training Protocol voor zachtjes geïnduceerde oefening bij Drosophila melanogaster

The incidence of complex metabolic diseases has increased as a result of a widespread transition towards lifestyles of increased caloric intake and ...

Purification of Low-abundant Cells in the Drosophila Visual System

Zuivering van Low-overvloedig cellen in het visuele systeem van Drosophila

Recent improvements in the sensitivity of next generation sequencing have facilitated the application of transcriptomic and genomic analyses to small ...

An Assay for Quantifying Protein-RNA Binding in Bacteria

Een test voor het kwantificeren van eiwit-RNA-binding bij bacteriën

In the initiation step of protein translation, the ribosome binds to the initiation region of the mRNA. Translation initiation can be blocked by binding ...

In Vivo Functional Study of Disease-associated Rare Human Variants Using Drosophila

In Vivo Functional Study of Disease-associated Rare Human Variants Using Drosophila

In vivo functionele studie van ziekten-geassocieerde zeldzame menselijke varianten met behulp van Drosophila

Advances in sequencing technology have made whole-genome and whole-exome datasets more accessible for both clinical diagnosis and cutting-edge human ...

In Vivo Forward Genetic Screen to Identify Novel Neuroprotective Genes in Drosophila melanogaster

In Vivo Forward Genetic Screen to Identify Novel Neuroprotective Genes in Drosophila melanogaster

In vivo genetisch scherm naar voren om nieuwe neuroprotectieve genen in Drosophila melanogaster te identificeren

There is much to understand about the onset and progression of neurodegenerative diseases, including the underlying genes responsible. Forward genetic ...

A Robust Polymerase Chain Reaction-based Assay for Quantifying Cytosine-guanine-guanine Trinucleotide Repeats in Fragile X Mental Retardation-1 Gene

Een robuuste polymerase kettingreactie op basis van Cytosine-guanine-guanine Trinucleotide herhalingen in fragiele X mentale retardatie-1 gen

Fragile X syndrome (FXS) and associated disorders are caused by expansion of the cytosine-guanine-guanine (CGG) trinucleotide repeat in the 5&#8217; ...