Дрозофилы личинки: Дрозофилы (Плодовые мушки) | справочник Пестициды.ru

Дрозофилы (Плодовые мушки) | справочник Пестициды.ru

Дрозофила хайдэи (Drosophila hydei, Sturtevant, 1921), морфология

Дрозофила хайдэи (Drosophila hydei, Sturtevant, 1921), морфология


1 – голова, 2 – грудь, 3 – брюшко, 3а – сегменты брюшка,

4 – ноги, 5 – крыло, 6 – фасеточный глаз

Использовано изображение:[8]

Морфология

Имаго

Мелкие насекомые, длина тела составляет 1-5 мм. (фото)

Тело. Окрас желтый, коричневатый или бурый, в редких случаях черный. Иногда брюшко имеет темные перевязи, из-за чего выглядит полосатым[1].

Голова. Очень подвижная. Шаровидная головная капсула. Сложные фасеточные глаза хорошо развиты и занимают большую часть боковой поверхности головы. Иногда глаза соприкасаются друг с другом вдоль средней линии лба – голоптический тип глаз. Подобное строение чаще наблюдается у самцов, тогда как у самок глаза дихоптического типа, т.е. не соприкасаются друг с другом[4]. В большинстве случаев, глаза красного или бурого цвета. Фасетки глаз могут нести на себе волоски, иногда короткие и редкие, иногда длинные и густые. Такое строение глаз называется «опушенным». В верхней части лба имеется так же 3 простых глазка. Ротовой аппарат лижущего типа. Хоботок втяжной. Мандибулы отсутствуют. Лабиум (нижняя губа) охватывает все остальные части ротового аппарата. Лабеллы (сосательные лопасти) мягкие. Лобная аллейка из щетинок отсутствует. Есть вибриссы. Число и расположение щетинок (хетотаксия) на голове мушек является важным видодиагностическим признаком и широко используется в систематике. Усики короткие, 3-х члениковые, 3-ий членик всегда простой. Лицевая пластинка с 1 или 2 бугорками[5].

Грудь. Хорошо развита среднегрудь. Передне- и заднегрудь небольшие, тесно слитые со среднегрудью. Среднегрудь часто покрыта крупными щетинками, имеющими систематическое значение[4].

Брюшко. Состоит из 4-5 видимых сегментов, но последний сегмент редуцирован и представляет собой церки и анус. Церки односегментарные, несут волоски и щетинки. Кутикула тергитов и стернитов брюшка покрыта многочисленными щетинками. Так же, передний край стернитов несет сенсорные щетинки – трихоидные сенсиллы[4].

Крылья. Как у подавляющего большинства других представителей отряда двукрылых насекомых, передняя пара крыльев плодовых мушек мембранозная, хорошо развита. Задняя пара крыльев преобразована в жужжальца – орган-балансир, содержащий большое количество сенсилл и хордотональных органов. Крылья прозрачные, не имеют рисунка. Костальная жилка с двумя перерывами[5].

Ноги. 5-члениковые. Под парой коготков имеются пульвиллы (присоски), содержащие клейкий секрет, необходимый при передвижении по скользким или вертикальным поверхностям. Лапка 5-члениковая[1].

Половой диморфизм. Самки, как правило, крупнее самцов, характеризуются более длинным брюшком. Так же, различаются строением полового аппарата, глаз (голоптические у самцов, дихоптические у самок), числом и расположением щетинок на теле[5].

Яйцо

Размеры яйца составляют 0,2-0,6 мм в длину. Удлиненно овоидной формы[4].

Личинка

Безногая. Веретеновидная, с заостренным передним концом и утолщенным задним. Молочно-белого или желтоватого цвета. Тело личинки состоит из 3-х грудных и 8-ми брюшных видимых сегмента; 9-ый брюшной сегмент смещен на вентральную сторону, а 10-й сегмент преобразован в узкую анальную пластинку. Наружная головная капсула полностью отсутствует, в связи с чем, 1-й сегмент тела часто именуется ложноголовой. Ротоглоточный аппарат располагается в нижней части ложноголовы, во время питания личинки из него выдвигаются ротовые крючки – мандибулярные склериты. Ложноголова так же несет усики и щупики максилл. Локомоторными органами служат мягкие выросты и шипы на нижней стороне тела. Выросты на боковой и верхней стороне тела меньше и развиты хуже. Личинки разных возрастов морфологически отличаются друг от друга только по числу дыхалец[2].

Куколка

Бочонкообразной формы. Окрас светлый, желтеет со временем. Ближе к завершению процесса формирования имаго, через покровы куколки становятся хорошо заметны глаза, иногда крылья[1].

Личинки дрозофилы

Личинки дрозофилы


Использовано изображение:[9]

Развитие

Насекомые с полным превращением. Некоторые представители семейства способны к партеногенезу.

Яйцо. Самка откладывает примерно 100-400 яиц. Из яйца вылупляется личинка через 1-2 дня[4].

Личинка. Продолжительность личиночной фазы составляет 5-10 дней в зависимости от видовой принадлежности и условий окружающей среды. Имеет 3 возраста. Развивается в разлагающихся остатках растительного происхождения, либо минирует (прогрызает ходы) листья[2]. Личинка не имеет строгой пищевой специализации – питается различными разлагающимися органическими остатками, часто наблюдается сапрофагия (поедают дрожжеподобные грибы) и мицетофагия. В редких случаях отмечается хищничество, например, личинка

Acletoxenus formosus хищничает на алейродидах (сем. белокрылки), а личинка Cacoxenus perspicax на червецах. Личинки других представителей рода Cacoxenus обитают в осиных гнездах, питаясь различной органикой, включая личинок самих ос[5]. (фото)

Куколка. Продолжительность фазы составляет 2-3 дня. Покоится в ложном коконе. Окукливание происходит внутри отвердевших покровов личинки последнего возраста – пупария. Сформированное имаго выбирается наружу через отверстие в покровах кокона, открывающееся округлой крышечкой. После вылупления, имаго требуется несколько часов для затвердевания покровов и расправки крыльев[4].

Имаго. Весь цикл развития от яйца до имаго при температуре 25°С составляет 8-12 дней, при температурах ниже 20°С развитие растягивается до 20 дней. Самки вылупляются половозрелыми. После копуляции способны сохранять часть спермы самца для последующего использования. Откладка яиц начинается через 1-3 дня после выхода из куколки. Яйца откладывают порционно в течение всей жизни

[1].

Особенности биологии

Многих представителей семейства Drosophilidae отчасти можно считать синантропными насекомыми, поскольку их развитие протекает в гниющих и забродивших пищевых остатках, которые, зачастую, в обилии присутствуют в местах обитания человека или поблизости. Плодовые мушки не обладают строго специализированным строением ротового аппарата, в виду чего питаются свободными жидкостями различного генеза: растительные соки, сахаристые жидкости, разлагающиеся ткани растительного и животного происхождения, выделения из глаз, ран, потовых желез позвоночных животных (род Amiota), испражнения[5].

В связи с экологической привязанностью мушек к субстратам, где активно происходят процессы брожения углеводов, насекомые способны развиваться при высоком содержании алкоголя в среде

[5].

Многие тропические виды мушек – фитофаги, однако среди представителей семейства, обитающих в Палеарктике, только личинки рода Scaptomyza являются фитофагами (минируют листья). Известно несколько африканских видов мушек, чей жизненный цикл непосредственно связан с водной средой. Личинки этих видов живут в пресных водоемах, поедая яйца и личинки других двукрылых насекомых (например, хирономид). Некоторые представители семейства Drosophilidae имеют облигатные экологические и трофические связи с грибами (мицетобионты)[5].

Географическое распространение

Имеют общемировое распространение. Наиболее широко представлены в фауне тропической зоны[4].

Значение в науке

Вид Drosophila melanogaster, или Дрозофила фруктовая, – один из самых распространенных и популярных объектов во многих научно-исследовательских изысканиях.

Обусловлено это, прежде всего, простотой культивирования, короткими сроками развития и небольшими размерами насекомых[3].

Особенно прочно дрозофила заняла свое место в генетических исследованиях, начиная со знаменитых работ Т. Моргана по теории генов в 30-х годах ХХ века, в которых модельным объектом как раз таки и стала малоприметная мушка. Ряд особенностей строения генетического аппарата дрозофил сделали ее незаменимой для изучения взаимодействия генов, теории наследственности и т.д. В их числе, к примеру, небольшое число хромосом, наличие политенных хромосом, а так же большое количество разнообразных мутаций. Дрозофилы используются во время тестирования новых лекарственных препаратов, а так же для изучения влияния токсических веществ на живые организмы. Помимо D. melanogaster, в качестве модельных объектов культивируют D. mercatorum

, D. simulans и многие другие виды дрозофил[3].

Вредоносность

Некоторые виды плодовых мушек являются вредителями запасов и пищевых производств. Однако вредоносность насекомых проявляется не столько в уничтожении продуктов, сколько в их загрязнении отходами своей жизнедеятельности и переносе различных микроорганизмов, ведущих к быстрой порче продовольствия. Особенно охотно мушки поселяются на плодовоовощных базах, винодельческих и кондитерских предприятиях. Помимо этого, личинки Scaptomyza flava повреждают многие сельскохозяйственные растения семейства маревых, бобовых, крестоцветных и т.д. Личинки мушек, при случайном попадании в пищеварительный тракт человека (как правила, посредством зараженной ими пищи), могут стать причиной кишечного миаза – заболевания энтомозной природы, характеризующийся диареей, болями в животе, рвотой и т.д [6]

[7].

Борьба

Профилактические меры

  • соблюдение санитарно-гигиенических норм в производственных помещениях, складах, а так же на прилегающих территориях;
  • засетчивание окон в теплый период года;
  • своевременный вывоз бытовых отходов[6].

Истребительные меры

Механический способ

  • тщательная уборка помещений;
  • вылов в ловушки с приманкой;
  • вылов на липкую ленту, содержащую аттрактант, привлекающий насекомых;
  • использование защитных сеток, пологов[6].

Механические методы не являются основными методами борьбы с мухами, поскольку предотвратить распространение мух с их помощью и обеспечить полную защиту людей невозможно[6].

Физический способ

Личинки плодовых мушек весьма чувствительны к холоду, поэтому иногда достаточно хранить продовольственные запасы в прохладном месте, чтобы не допустить массового размножения насекомых[6].

Химический способ

Для истребления личинок и куколок мух рекомендуется применение различных ларвицидов в виде эмульсий на основе действующих веществ различных химических классов[6].

Для истребления имаго мух применяют инсектициды всех известных групп.

Широко используются отравленные приманки, липкие ленты и листы[6].

Биологический способ

Биологические методы борьбы не обеспечат полного уничтожения насекомых, однако могут оказаться довольно эффективным средством регуляции численности многих вредителей сельскохозяйственных растений и пищевых запасов. Например, привлечение птиц-энтомофагов (скворцы, трясогузки, мухоловки, синицы, ласточки) и насекомых-энтомофагов, поедающих личинок (муравьи, жуки-наездники, жужелицы).[6]

Видовой состав

Вредители запасов

Некоторые виды плодовых мушек являются вредителями запасов и пищевых производств. Однако вредоносность насекомых проявляется не столько в уничтожении продуктов, сколько в их загрязнении отходами своей жизнедеятельности и переносе различных микроорганизмов, ведущих к быстрой порче продовольствия. Особенно охотно мушки поселяются на плодовоовощных базах, винодельческих и кондитерских предприятиях.

Помимо этого, личинки Scaptomyza flava повреждают многие сельскохозяйственные растения семейства маревых, бобовых, крестоцветных и т.д.


Вредители человека

Личинки мушек, при случайном попадании в пищеварительный тракт человека (как правила, посредством зараженной ими пищи), могут стать причиной кишечного миаза – заболевания энтомозной природы, характеризующийся диареей, болями в животе, рвотой и т.д.[6][7]

Статья составлена с использованием следующих материалов:

Литературные источники:

1.

Бей-Биенко Г.Я. Общая энтомология. — 3-е издание., доп.— М.: Высш.школа, 1980. — 416 с.,ил.

2.

Гиляров М.С. Определитель обитающих в почве личинок насекомых / под общ. рук. М.С. Гилярова. – М.: Наука, 1964. 921 с.

3.

Замятнин А.А. Хромосомные матрицы, или Ода в честь плодовой мушки-дрозофилы // Газета “Поиск”, 2001. №11

4.

Лер П.А. Определитель насекомых Дальнего Востока России. Т. III. Жесткокрылые, или жуки. Ч.3. / под общ.ред. П. А. Лера. Владивосток: «Дальнаука», 1996. 556 с

5.

Нарчук Е. П. Определитель семейств двукрылых насекомых (Insecta — Diptera) фауны России и сопредельных стран (с кратким обзором семейств мировой фауны) / Зайцев В.Ф. (ред.). – СПб.: Зоологический институт РАН, 2003. Т. 294. 251 с.

6.

Рыльников В.А. Управление численностью проблемных биологических видов: Учебное пособие / под ред. В.А. Рыльникова. — М.: Институт пест-менеджмента, 2012. — В 3 томах. Т. 2. Дезинсекция  / А.А. Жаров. — 2012. — 169. с.: ил.

7.

Северинчик И.В. Медицинская дезинсекция : учеб.-метод. пособие / И. В. Северинчик [и др.]. – Минск : БГМУ, 2011. – 71 с.

Изображения (переработаны):

8.9. Свернуть Список всех источников

Дрозофилы держат в узде своих детей-каннибалов при помощи феромонов. Феромоны содержатся в специальном восковом покрытии, которое маскирует собственные запахи яиц — Наука

Плодовые мушки дрозофилы откладывают яйца целыми группами. Это позволяет выбрать удобное место и охранять его от возможного нападения хищников. Но при такой стратегии дрозофилы, однако, сталкиваются с проблемой каннибализма в рядах своих же чад. Из яиц вылупляются хищные личинки, которые, если вовремя не принять меры, пожирают еще не развившиеся яйца. Такие, внутренние, враги опаснее внешних, поскольку от них нельзя скрыться (они развиваются в той же кладке, что и все) и их невыгодно травить токсинами — они все-таки тоже дети и впоследствии могут вырасти в полноценных мух.

Международная группа ученых исследовала механизмы, которые мешают старшим детям мух пожирать младших. Они обнаружили, что личинки поедают только поврежденные кладки, а целые не трогают. Оказалось, что дело в тонком поверхностном слое: если его снять или растворить, то даже целые живые кладки оказываются добычей личинок.

Этот слой в основном состоит из воска, который непроницаем для воды. В отсутствие его яйца «протекают» и на их поверхности появляются капли жидкости. Возможно, вместе с жидкостью сквозь оболочку просачивается и собственный запах яиц, который притягивает хищных личинок. Таким образом, поверхностный слой может работать как маскировка.

При подробном анализе защитного покрытия среди молекул воска ученые нашли несколько типов феромонов. Раньше считалось, что мухи обмазывают ими яйца, чтобы те прочнее держались вместе в кладке, но, кажется, их функции этим не ограничиваются. Главным отпугивателем личинок был признан 7,11-гептакозадиен (7,11-HD): даже небольшие его концентрации предотвращали поедание яиц.

«Протекающая» кладка яиц дрозофилы, защитное покрытие которой нарушено. Roshan K. Vijendravarma

Личинки распознают его тем же рецептором феромонов, что и взрослые особи. Этот рецептор кодирует ген ppk23, и мутанты по нему (то есть личинки, лишенные рецептора) поедали любые кладки яиц, которые попадались на их пути. Другие же органы чувств (вкусовые и обонятельные рецепторы) в отпугивании не участвуют: если лишить личинку соответствующих генов, ее поведение не изменяется. Действие 7,11-HD распространяется и на другие источники пищи: если «надушить» им дрожжи — еще одну любимую еду личинок, то и они теряют свою привлекательность.

Таким образом, дрозофилы обеспечивают выживание своих детей сразу несколькими способами: защитный слой прячет собственный запах яиц, мешает им высыхать, а «встроенные» феромоны отталкивают хищников. Это редкий пример химической маскировки в животном мире, которая, в отличие от визуальной, пока что практически не изучена.

 Полина Лосева

Дрозофила (фруктовая мошка), как бороться без вреда для здоровья

Туча крохотных черных насекомых, облепивших горшки с комнатными растениями – неприятное явление, от которого хочется избавиться как можно скорее. Как уничтожить маленьких, но живучих фруктовых мошек?

Что это за мошки?

Это дрозофила, известная как плодовая мушка, фруктовая муха, дрозофила фруктовая или обыкновенная – известный садовый вредитель. Назойливый представитель рода мушек Drosophilidae, отряда двукрылых Diptera, охотно питается испорченными фруктами, овощами, продуктами гниения. Обожает селиться на комнатных цветах, питаясь растительными остатками, продуктами гниения и брожения.


Как выглядит

Фруктовая мошка имеет черную, желтую или желто-коричневую окраску с черными полосами на брюшке. У самцов задняя часть тела более темная. В целом насекомые достигают размеров 2-2,5 мм., самки немного крупнее самцов.

Полчища плодовой мушки массово обитают во фруктовых садах, виноградниках, питаясь остатками плодов и прелой листвой. Селятся во фруктово-ягодных хранилищах, винных заводах, предприятиях по переработке и консервированию яблок, абрикос, слив и т.д.

Личинка дрозофилы растет около 10 дней при благоприятной температуре воздуха – от 16°. Личинки насекомого появляются на свет через сутки, 5 дней растут и становятся куколками. На шестые сутки из кокона вылетают молодые насекомые.

Жизненный цикл насекомого может доходить до 2,5 месяцев, за которые самка успевает отложить более 400 яиц.


Как появляется на комнатных растениях в доме

Крохотные мошки охотно живут и размножаются  в поддонах комнатных растений или на обратной стороне листьев.

Как дрозофила попадает в дом? Способов проникновения несколько – от открытых окон и форточек до вентиляционного отверстия.

Причины расселения мошек на домашних растениях:

  1. Излишне обильный полив. Распространенная ошибка новичков – частое увлажнение, во время которого субстрат не успевает подсохнуть. Если почва не будет высыхать на глубину около 2 см., она загниет и станет комфортный местом проживания и размножения для вредителей.
  2. Некачественная почва. Дешевые магазинные субстраты могут быть заражены личинками. Можно продезинфицировать  в микроволновке 5-10 минут.
  3. Удобрение комнатных цветов домашними средствами: чайной заваркой, отработанным кофе.
  4. В теплое время года мошки захватывают новые места, залетая в квартиру или дом через открытое окно. Их привлекают ароматы гниющей почвы и прелых листьев, а также гнилых  фруктов и ягод.

Какой вред наносит растениям

Взрослые мушки цветы не используют в пищу,  зато активно откладывают яйца в грунт. А их личинки, поселившись в почве, повреждают корни растений.

Если упустить момент, насекомые массово размножаться распространятся и основательно подорвут здоровье комнатных растений цветов. Растения могут погибнуть.


Как бороться

Существует несколько вариантов уничтожения назойливых мошек: безопасные народные методы, различные ловушки, ядовитые химические вещества и эффективные современные безопасные средства.

Народные методы борьбы с дрозофилами

Из широкого перечня средств по борьбе с насекомыми можно выделить наиболее действенные варианты:

  1. Запах камфоры. Необходимо нагреть кусочек камфоры на сковородке и пройтись с ним по всем комнатам, уделяя особое внимание подоконникам с цветами.
  2. Аромамасла с анисом, базиликом и эвкалиптом развести в пропорции 5-7 капель на 30 м.кв. и опрыскать раствором стены, подоконники с растениями, полы. Будьте осторожны, если есть тюлевые занавески или белые обои, аромамасла могут оставлять пятна. 

Кроме того, фруктовые мухи не переносят аромат герани, пижмы и эвкалипта.

Если щадящие средства не помогают, необходимо перейти к более серьезным мерам.


Ловушки для насекомых

Борьба с тучей летающих вредителей – занятие хлопотное. Ловушки помогут быстрее прийти к желанному результату:
  1. Почву растений, зараженных дрозофилой, обработать слабым раствором марганцовки. Антисептик погубит личинок, находящихся на поверхности и в глубине цветочного горшка.
  2. В небольшом количестве воды смешать дрожжи и сахарный сироп или пиво с медом. Сладкую концентрированную жидкость налить в стаканы, тарелки, миски и поставить между комнатными растениями. Дрозофилы слетятся, привлеченные приятным ароматом и утонут в вязкой жидкости.
  3. Смешать натуральный фруктовый сок, воду, уксус, любое моющее средство и разлить по емкостям, как в предыдущем варианте. Или также использовать фруктовый сок в сочетании с мыльным раствором.
  4. На дно стеклянной банки положить кусочек сладкого фрукта и залить его компотом. Свернуть лист бумаги в виде воронки и вставить в банку узкой частью вниз. Обклеить места соприкосновения воронки с банкой скотчем. Насекомые, почувствовав запах, слетятся вниз и не смогут выбраться обратно.
  5. В стакан из-под йогурта положить сладкую приманку. Обтянуть его пищевой пленкой с отверстиями. Дрозофилы спустятся к лакомству, а улететь не смогут.
  6. Положить на дно пакета кусочки дыни и арбуза. Когда их облепят крылатые мошки, резко закрыть пакет и выбросить добычу.
  7. Лента от мух. Несколько липких лет повесить рядом с местами обитания фруктовых мошек.

Указанные варианты не подходят, если избавиться от надоевшей мошкары нужно быстро и менее трудозатратно. Для этого существуют более эффективные методы.


Современные методы борьбы. Новинки рынка

Серьезные средства уничтожения плодовой мушки – химические аэрозоли и инсектициды. Они действуют мгновенно, но токсичны для людей и домашних животных. Оптимальное решение – применение современного сильного и совершенно безопасного средства — Натурального аэрозоля от ЛЕТАЮЩИХ И ПОЛЗАЮЩИХ  насекомых.

Аэрозоль компании «Русинхим» марки  BONA FORTE – новая разработка компании, созданная для моментального уничтожения таких насекомых-вредителей, как дрозофилы, белокрылка, тля и паутинный клещ.

Аэрозоль защищает от вредителей комнатные растения и декоративные растения открытого грунта. Средство мгновенно нейтрализует насекомых, не вызывая резистентности. Оно  безопасно, т.к.  быстро разлагается.

Еще одно преимущество Аэрозоля – экономичный расход.

Профилактика

Чтобы предотвратить появление дрозофил, необходимо соблюдать простые средства профилактики:

  1. Соблюдать правила гигиены.
  2. Не оставлять в открытом доступе сладкие напитки, мед, компоты и т.д.
  3. Тщательно вымывать фрукты и овощи.
  4. Купать домашних питомцев.
  5. Следить за чистотой дома, сразу выбрасывать мусор, пропавшие фрукты, очистки.
  6. Своевременно поливать комнатные растения,  не заливая их.
  7. Вовремя пересаживать цветы, следить за состоянием почвы.
  8. Ухаживать за растениями, удаляя засохшие ветки и листья.

    Российские фрукты взяли на мушку – Газета Коммерсантъ № 235 (6956) от 22.12.2020

    Российские ученые обнаружили в Краснодарском крае новый для страны вид насекомых-вредителей, которые особенно опасны для плодовых и винодельческих хозяйств. Речь идет о дрозофиле сузуки — в отличие от других мушек, она питается практически всеми видами мягких фруктов и откладывает личинки даже в свежие плоды. Опасна мушка и для людей: употребление фруктов, зараженных личинками, приводит к тяжелому отравлению. Агрономы утверждают, что пока не сталкивались с новым вредителем, но ученые уверяют, что это вопрос времени.

    Статью об обнаружении нового вида вредителей на Кавказе опубликовали в научном журнале Insects ученые Института проблем экологии и эволюции имени Северцова РАН. Их исследование было проведено на грант Российского научного фонда (РНФ). В статье речь идет о Drosophila suzukii — вид плодовых мушек родом из Восточной Азии. Она давно известна в США и Канаде, а с 2008 года стала быстро распространяться по европейским странам. Мушка является одним из наиболее опасных инвазивных вредителей для компаний, занимающихся производством фруктов и вина, отмечается в исследовании. Ее размер всего 2–3 мм, она повреждает вишню, малину, чернику, голубику, клубнику, персики, сливы, виноград и другие фрукты. В РНФ указывают, что в 2009 году мушка уничтожила около 25% урожая вишни в Калифорнии, причем в ряде хозяйств урожай был уничтожен полностью. Этот вид наносит такой значительный ущерб, потому что, в отличие от большинства других видов дрозофил, он откладывает яйца именно в свежие плоды.

    «Мушка представляет опасность и для здоровья людей: личинки дрозофилы ядовиты, и потребление фруктов, зараженных личинками, приводит к тяжелым отравлениям»,— говорят в РНФ.

    Мушки попадают в новые регионы с партиями фруктов и быстро там размножаются. В исследовании говорится, что этот вид впервые был замечен в 2014 году в Крыму и Восточной Турции, а в 2017 году — в Аджарском регионе на юго-востоке Грузии. В связи с этим российские ученые решили проверить, не попала ли мушка на Черноморское побережье российского Кавказа.

    Исследование проводилось в несколько этапов: в июне и сентябре 2017 года в Центральном районе Сочи, а в сентябре 2020 года — в Адлерском районе города. «Были использованы четыре типа ловушек: пластиковые бутылки с приманкой из смеси красного вина и уксуса; бутылки с приманкой из спелого местного винограда; бутылки с уксусом; а также барьерные ловушки, обычно используемые для сбора летающих жуков-короедов, с приманкой из смеси красного вина и уксуса,— говорится в статье в журнале Insects. — Ловушки устанавливались в декоративных насаждениях, в естественных лесах, в зарослях сорняков (особенно возле фруктовых рынков, свалок) в поселках, а также в смешанных лесах и опушках в предгорье». В итоге три экземпляра Drosophila suzukii были обнаружены в июне 2017 года, два в сентябре 2017-го, а в сентябре 2020-го ученые нашли уже 44 мушки.

    «Мушка проникла в Европу чуть больше десяти лет назад. И, судя по карте расселения, она уже захватила наш мир,— говорит руководитель проекта, доктор биологических наук, старший научный сотрудник Лаборатории экологии водных сообществ и инвазий Института проблем экологии и эволюции имени Северцова РАН Марина Орлова-Беньковская.— Этот вид очень быстро размножается, поэтому Россельхознадзор должен срочно отреагировать и заняться этой проблемой. Необходимо изучить все винодельческие районы Кавказа на предмет этих вредителей. Дальше это работа специалистов — а мы можем подсказать, как определить мушку и как поставить ловушки».

    В отделе контроля и надзора в области карантина растений Южного межрегионального управления Россельхознадзора “Ъ” сообщили, что данный вредитель не является карантинным объектом. «Это не наши полномочия»,— отметили в ведомстве. Впрочем, изучив региональные издания, “Ъ” обнаружил, что сотрудники территориальных управлений ведомства неоднократно выявляли Drosophila suzukii на границе при осмотре грузов с фруктами или ягодами. В таких случаях товар уничтожался.

    В пресс-службе министерства сельского хозяйства и перерабатывающей промышленности Краснодарского края заявили, что данный карантинный вредитель неопасен для промышленных садов Краснодарского края, «так как они своевременно обрабатываются» от всех характерных для южного климата вредителей и болезней. Начальник отдела защиты растений филиала ФГБУ «Россельхозцентр» по Краснодарскому краю Лариса Хомицкая сообщила, что впервые слышит о появлении Drosophila suzukii на территории региона. «Никаких мер пока мы не принимаем. Мы этого вредителя не наблюдали»,— отметила госпожа Хомицкая.

    В одном из федеральных научных центров, занимающихся садоводством и виноградарством, на условиях анонимности рассказали “Ъ”, что вредитель был замечен на территории Черноморского побережья три года назад.

    «Вероятно, он попал из-за неограниченного ввоза посадочного материала, который не проходит полноценную карантинную сертификацию,— пояснил собеседник “Ъ”.— Он прижился на территории благодаря сухой и теплой зиме, которая наблюдается в регионе последние несколько лет. Как и любой карантинный объект, плодовую мушку Drosophila suzukii сложно победить, но возможно».

    Генеральный директор союза «Садоводы Кубани» Николай Щербаков рассказал “Ъ”, что впервые слышит о данном вредителе. Он уверен, что «паниковать рано»: «Возможно, мушке не подойдут наши климатические условия. Или у нее появится естественный враг, который будет регулировать численность». Опрошенные “Ъ” агрономы виноградных хозяйствах Кубани также рассказали, что пока не сталкивались с новым вредителем.

    В новейшей истории российского Крыма появление нового вредителя еще не фиксировали. Однако, по словам специалистов регионального «Россельхозцентра», если он уже проник на Кавказ, то его появление на полуострове является лишь вопросом времени.

    Нет ничего удивительного в том, что агрономы пока не могут обнаружить мушку, говорит Марина Орлова-Беньковская:

    «Они никогда с ней не сталкивались, поэтому не могут понять, что это. Они могут видеть, что фрукты гниют, но не понимают почему. Для обнаружения вида нужен профессиональный энтомолог».

    Отметим, это далеко не первый случай завоза вредителей из-за границы. “Ъ” подробно писал о ввозе в Россию вредителей леса. В 2016 году из-за нашествия самшитовой огневки под угрозой усыхания оказались леса Республики Адыгея, непарный шелкопряд уничтожал насаждения в Уральском и Сибирском округах, листогрызущие вредители отметились в европейской части России, а хвоегрызущие — в Сибири. Эксперты тогда предупреждали, что в последние годы в российские леса пришли совершенно новые для России вредители, способы защиты от которых до сих пор не разработаны (см. “Ъ” от 8 июля 2016 года).

    Анна Васильева; Наталья Решетняк, Краснодар; Александр Дремлюгин, Симферополь

    Как избавиться от мошек в цветочных горшках: борьба с мошкарой

    Мушки в цветочном горшке  

    Их главная цель – удовлетворить пищевой интерес посредством поедания растения. Вредители не погибнут сами. Это может случиться с парой-тройкой особей, но остальные продолжат благополучно размножаться. И уже через пару дней появится второе поколение. При бездействии, спустя несколько недель паразиты уничтожат ваш любимый цветок. 

    Личинки насекомых наносят наибольший вред. Они не видны человеческому глазу. Живут личинки в цветочном грунте. Их основной источник питания – корневая система растения. 

    Если завелись мелкие вредители, то для начала нужно определить степень поражения растения, а затем думать как от них избавиться. Начальная степень заражения – это самые первые дни появления мошек. Как только они размножились, появились личинки – наступила вторая степень. Поэтому важно быстро уничтожить взрослых особей. Справиться с ними намного проще чем с личинками.

    Какие мошки могут поселиться на комнатных растениях

    Разновидностей вредителей насчитывается более 2000. Но некоторые из них представляют особую опасность. Давайте их рассмотрим. 

    Белые вредители

    Белокрылки (Алейродиды). Характеризуются белым цветом крыльев и тела. Внешне напоминают знакомую вам тлю, только в уменьшенном размере, который не превышает 1,8 мм. Если в домашнем цветке завелись белые мошки, то найти их можно на обратной стороне листочков. 

    Также их называют Щитовками. Они наиболее часто встречаются на листьях бегонии или фуксии. 

    Черные мошки 

    В народе их прозвали Грибными комариками, научное название – Сциариды. Этот вид насекомых, поселяясь в грунте, делает его очень жёстким, плотным. В результате корни растения недополучают кислород. 

    По внешнему виду Сциариды похожи на комаров. Длина тела с крыльями не превышает 2 мм. Любимыми растениями считаются фикусовые, алоэ и азалия. 

    Земляные блохи

    Они не имеют крыльев, перемещаются прыжками, и в целом внешне очень похожи на блоху. Их тело преимущественно белого цвета. Эти вредители любят повышенную влажность, поэтому обитают внизу горшка, у основания подставки, а также в верхнем наиболее увлажненном слое почвы.  

    Дрозофилы

    Они очень быстро размножаются. Спустя пару дней парочка особей может превратиться в целую колонию. 

    Размер Дрозофилы существенно больше ранее описанных собратьев и составляет в среднем 3,5 мм. Узнать их можно по характерному желтовато-коричневому окрасу. 

    Причины, почему в цветах завелись маленькие насекомые?

    Чрезмерно влажная почва – отличная среда для размножения маленьких паразитов. Именно мокрый грунт является основным источником размножения. Но чтобы попасть в землю, вредители должны откуда-то взяться. Откуда же? Давайте разберем подробнее:

    • Некачественная почва. Случается такое, что вам попался грунт, уже заселенный паразитами. 

    • Переизбыток органических удобрений. Ухудшает ситуацию излишний полив земли. 

    • Миграция насекомых с улицы, соседних квартир, подвалов и т. д. 

    • Пересадка цветов в огромные ёмкости. Влага будет концентрироваться внизу, а корням её будет не хватать.

    Борьба с мошками в комнатных цветах: способы избавления

    Как избавиться от мошек в цветочных горшках? Первое, что вы должны сделать – унести заражённое растение подальше от остальных. 

    Извлеките цветок из горшка, избавьтесь от старого грунта, а затем промойте корни под холодной струёй воды. Тщательно вымойте горшок с помощью универсального спрея Domestos. Он обеспечит чистоту и гигиену, а также уничтожит плесень, которая могла образоваться из-за избыточной влажности. Поверните форсунку, распылите спрей на поверхность кашпо, вытрите тряпкой. При необходимости оставьте Domestos на 1 минуту. Затем засыпьте в чистый горшок землю, поместите цветок, полейте.

    Существуют как специальные химические инсектициды для уничтожения мушек, так и народные рецепты.

    Чем вывести мошек из цветочного горшка: народные рецепты

    Вы уже столкнулись с ситуацией, когда в комнатных цветах завелись мошки. Чем же их вывести? Вот несколько наиболее действенных народных способов:

    1. Чесночная настойка. Для ее приготовления вам понадобятся: 4 средних головки чеснока, измельчённых чеснокодавкой, 1 литр кипячёной воды. Полученной настойкой обрабатывается почва, листва растения. 

    2. Раствор марганцовки. При приготовлении не переусердствуйте с количеством перманганата калия. Вода должна быть немножко розовой. Раствором обрабатывается грунт. Спустя пару дней после обработки, нужно повторить полив. 

    3. Нашатырный спирт. 12-13 мл спирта разводится в 1 л воды. Осуществите обильный полив растения. 

    4. Настойка из чистотела. 50 грамм чистотела заливаются 500 мл воды, раствор настаивается. Настойкой опрыскайте листья. 

    5. Древесная зола. Присыпьте золой землю у корня цветка.

    6. Раствор хозяйственного мыла. Возьмите небольшой кусочек мыла (20-30 грамм), натрите его на тёрке, залейте 1 литром воды, дайте раствориться. Проведите обработку земли и листвы. 

    7. Бальзам «Звездочка». Обильно намажьте края кашпо по всей окружности. 

    Как избавиться от мошкары в цветах: эффективные инсектициды 

    Если в цветочном горшке завелись мошки, а ни одно из народных средств не помогает, то что делать в таком случае? Самое правильное решение – использовать эффективные химические инсектициды. Они помогут избавиться от надоедливых насекомых раз и навсегда. Такие препараты бывают трех видов:

    • Жидкие. Предназначены для полива и опрыскивания.

    • Гранулированные. Добавляются в почву. 

    • Аэрозоли. Разбрызгиваются на листья, грунт.

    При выборе обратите внимание на безопасные препараты. Но не забывайте про индивидуальные средства защиты при работе: маску/респиратор и перчатки. 

    Профилактика появления вредителей

    Чтобы не думать, как избавиться от мошек в комнатных цветах, их появление лучше предотвратить. Для этого регулярно выполняйте простые правила по уходу:

    1. Вовремя убирайте опавшие листья. Не давайте им гнить на почве. 

    2. Не заливайте землю. Умеренный полив – гарантия хорошего роста и отсутствия паразитов. 

    3. Осуществляйте обработку грунта перед посадкой/пересадкой.

    4. Тщательно промывайте ёмкости под цветы.

    5. Не ленитесь рыхлить почву для обогащения кислородом.

    6. Поставьте увлажнитель, чтобы обеспечить хороший уровень влажности в квартире.

    Если вы обнаружили насекомых на одном цветке, то лучше провести обработку всех растений в доме. 

    Мушки в комнатных растениях – довольно частая проблема цветоводов. Наши эксперты рассказали, как от них избавиться. Действуйте своевременно и правильно, тогда насекомые вас больше не побеспокоят. 

    Обиженный муравей, общительный таракан… Новые научные данные ставят перед нами неудобные вопросы

    • Зария Горветт
    • BBC Future

    Автор фото, Getty Images

    Многие десятилетия мысль о том, что насекомые обладают чувствами и эмоциями, звучала в научном мире как еретическая шутка. Но по мере накопления данных исследователи начали пересматривать казавшееся очевидным мнение. Новые открытия ставят перед человечеством неудобные вопросы.

    В теплый осенний день 2014 года Дэвид Рейнолдс должен был выступить на важном заседании в чикагском Сити-холле — помпезном здании городской администрации с мраморными лестницами, 23-метровыми классическими колоннами и сводчатыми потолками.

    Помимо прочих обязанностей, Рейнолдс отвечал в мэрии за борьбу с насекомыми в общественных зданиях. Одним из пунктов повестки дня было обсуждение ассигнований на предстоящий год на эту самую борьбу.

    Не успел чиновник начать говорить, как на стену выполз здоровенный толстый таракан. Блестящее черное тельце резко выделялось на белом фоне. Таракан неспешно полз в одному ему известном направлении, дерзко выставляя себя напоказ и словно дразня людей.

    «Уполномоченный, сколько вам требуется в следующем году на уничтожение тараканов?» — осведомился в этот момент один из депутатов городского собрания. Вопрос был настолько своевременным, что зал грохнул. Началась суетливая охота за шестиногим нахалом.

    Об этом случае написала газета Chicago Tribune. Ситуация выглядела комично, поскольку таракан появился, что называется, в тему. А еще оттого, что мы считаем насекомых роботоподобными существами, способными на мысли и чувства не больше, чем камни.

    Предположение, что таракан просто развлекался или захотел поиграть, звучит нелепо. Но… нелепо ли?

    В ходе исследований появляется все больше доказательств того, что насекомые могут испытывать довольно обширную гамму эмоций. Они радостно жужжат, обнаружив нечто приятное для них, и впадают в уныние от неприятных вещей, которые не в силах изменить. Они могут вести себя оптимистично, цинично, испуганно и реагируют на боль так же, как млекопитающие.

    Конечно, никто еще не видел ностальгирующего комара, обиженного муравья или ехидничающего таракана (хотя насчет последнего — как знать). Но то, что их чувства сложнее, чем полагалось думать — факт, находящий с каждым годом все больше подтверждений.

    Начав изучать поведение и эмоции плодовых мушек-дрозофил, профессор нейробиологии Оксфордского университета Скотт Уэдделл шутил: «Но я не собираюсь исследовать их амбиции».

    Автор фото, Getty Images

    Подпись к фото,

    Золотые черепаховые жучки выражают свои эмоции особенно явно

    Сегодня словосочетание «предприимчивое насекомое» уже не звучит анекдотически. Уэдделл установил, что дрозофилы обращают внимание на то, что делают остальные особи, и способны учиться друг у друга.

    Между прочим, британское правительство официально признало, что эволюционные родичи насекомых — крабы и омары — обладают чувствами, и подготовило законопроект, запрещающий варить их заживо.

    Но как определить, что чувствуют насекомые? Как отличить осмысленную реакцию от автоматической? И должны ли мы теперь относиться к ним иначе?

    Закон эволюции

    Насекомые — беспозвоночные членистоногие существа. Класс насекомых включает в себя свыше миллиона видов, отличающихся удивительным разнообразием. К ним относятся, например, стрекозы, моль, жуки-долгоносики, пчелы, сверчки, жуки-богомолы, мухи-однодневки, бабочки, головные вши…

    Первые насекомые появились как минимум 400 млн лет назад, то есть задолго до того, как земля впервые содрогнулась от тяжелой поступи динозавров.

    Последними общими предками насекомых и человека были похожие на личинок примитивные существа, жившие около 600 млн лет назад, после чего наши эволюционные пути разошлись.

    Некоторые насекомые достигали гигантских размеров, как, например, древние стрекозы с размахом крыльев 70 сантиметров, и имели причудливые формы — например, мухи с хвостами, как у скорпионов, или мохнатые мотыльки, похожие на летающих пуделей.

    С одной стороны, они во многом похожи на других животных, с другой — разительно от них отличаются. У насекомых, как у людей, есть сердце, мозг, кишки, мужские и женские половые органы, но отсутствуют легкие и желудок.

    Нет и кровеносной системы — вместо этого содержимое их тел погружено в своеобразный суп, через который разносятся питательные вещества и выводятся отходы жизнедеятельности.

    Поверх всего этого у них — твердый панцирь или экзоскелет из хитина, того же материала, который входит в состав клеточной оболочки грибов.

    В мозгу насекомых нет развитых отделов, как у позвоночных, но имеются участки, отвечающие за определенные функции. Например, обучаемость и память соотносятся с «грибовидными телами» — куполообразными скоплениями клеток, сопоставимыми с корой головного мозга, играющей у людей важную роль в осуществлении высшей нервной (психической) деятельности.

    Поразительно, но эти грибовидные тела имеются даже у личинок насекомых, и часть содержащихся в них нейронов сохраняется на протяжении всей жизни. Ученые предполагают, что благодаря этому взрослые насекомые способны хранить в памяти некоторые события, происходившие с ними на стадии личинки.

    Появляется все больше свидетельств того, что параллели в устройстве мозга насекомых и других живых существ, стоящих выше на эволюционной лестнице, порождают и некоторое сходство познавательных способностей.

    Муравьи способны находить в окружающей среде предметы, подходящие для выполнения определенных задач и пользоваться ими — например, окунают в жидкую пищу кусочки губчатых тканей и таким образом доставляют ее в муравейник.

    Хотя мозг насекомых эволюционировал в том же направлении, что и человеческий, имеется принципиальное различие. Наш мозг так разросся, что потребляет 20% всей энергии тела. Его размер привел к формированию у женщин широких бедер, чтобы сделать возможным рождение младенцев с достаточно большими головами.

    Мозг насекомых в несколько миллионов раз меньше. У дрозофил, которых изучал профессор Уэдделл, он размером с маковое зернышко.

    Как им удается упаковать в столь маленький объем довольно сложные способности — загадка.

    Автор фото, Getty Images

    Подпись к фото,

    Китайские восковые пчелы от страха «кричат», заставляя свои тела вибрировать

    Итак, даже на первый взгляд, мозг насекомых достаточно развит, чтобы они могли испытывать разные чувства. Но для чего им это?

    Чувства — это нервные возбуждения, возникающие в ответ на изменения окружающей среды и программирующие наше поведение. Они возникли в ходе эволюции, поскольку помогали животным, а затем и людям, реагировать правильно и повышали способность организма к выживанию и продолжению рода.

    Профессор энтомологии Оксфордского университета Джеральдин Райт приводит в качестве примера такое простейшее и фундаментальное чувство, как голод. Возникнув, он заставляет живое существо менять свое поведение, а именно — сосредоточиться на поиске пищи.

    Другие эмоции тоже играют мотивирующую роль. Ярость побуждает отразить агрессию и исправить то, что кажется нам несправедливым, счастье — совершать действия, приносящие удовольствие.

    Это относится и к насекомым. Уховертка, испытывающая возбуждение от вида влажной расщелины с полусгнившими растениями, имеет меньше шансов погибнуть от голода и жажды, а паникующая и прикидывающаяся мертвой при виде хищника — погибнуть в его челюстях.

    «Допустим, вы — пчела, угодившая в паутину, и паук стремительно приближается. Возможно, вы будете пытаться высвободиться автоматически, без каких-либо эмоций. Но лично мне сложно представить, что пчела при этом не чувствует некое подобие страха», — говорит Ларс Читка, руководитель изучающей поведение пчел научной группы Лондонского университета королевы Марии.

    Еретическая идея

    Создавая в 2001 году свою исследовательскую группу, профессор Уэдделл поставил перед собой простую задачу. Он хотел выяснить, ищут ли дрозофилы пищу активнее после того, как некоторое время не ели и, соответственно, знакомо ли им чувство голода. Оказалось, что да.

    Автор фото, Getty Images

    Подпись к фото,

    Дрозофилы: должны ли мы относиться к ним иначе?

    Вместо слова «голод» Уэдделл использует для описания поведения мушек осторожный термин «мотивация». То, что они с особым усердием разыскивают пищу, если давно не ели — факт, а называть ли это голодом, зависит от точки зрения.

    Некоторые ученые упрекали профессора в антропоморфизме (уподоблении животных людям) и требовали вместо «чувства» говорить «внутренние состояния».

    «Кое для кого это представляет проблему, — говорит он. — Мне часто приходилось вести схоластические споры о дефинициях».

    Со временем исследования интеллекта насекомых вошли в моду, и вместо «мотивации» утвердилось определение «примитивные эмоции». Можно сказать, что они испытывают нечто подозрительно похожее на эмоции, говорит Уэдделл.

    «Я всегда полагал, что физиологические реакции на отсутствие еды или секса правомерно называть «голодом» и «желанием», но избегал слово «эмоции», чтобы не иметь проблем. Однако чем дальше, тем меньше оно смущает коллег», — добавил он.

    Направление сделалось популярным, накопилось много описаний, и предположение, что у насекомых могут быть эмоции, уже не является скандальным в академической среде. Но доказывать его довольно сложно.

    До поры до времени никому не приходило в голову проверить, так ли это у насекомых.

    В 2011 году Джеральдин Райт с коллегами из Университета Ньюкасла, где она тогда работала, решила этим заняться.

    «Когда физиологи изучают человеческие эмоции, они могут спросить у людей, что те чувствуют», — говорит она. Выявление эмоций у пчел требует большой изобретательности.

    Автор фото, Getty Images

    Подпись к фото,

    Тараканы весьма общительны и подражают друг другу

    Сперва исследователи приучили пчелиный рой связывать определенный запах с получением сладкого нектара, а другой запах — с неприятным для них раствором хинина, того самого, который придает своеобразный вкус тонику.

    Потом разделили рой на две группы. Одну резко встряхивали. Пчелы терпеть этого не могут. Само по себе встряхивание для них не вредно, но служит для них сигналом опасности со стороны хищников. Другой предоставляли спокойно наслаждаться сладким напитком.

    Затем пчел подвергли воздействию различных незнакомых им запахов. Те, кого не пугали, доверчиво протягивали навстречу свои хоботки, а пчелы из первой группы вели себя осторожнее — так сказать, сделались циниками. В этом смысле их реакции напоминали человеческие.

    Эксперимент показал, что в возбужденном состоянии у пчел снижается содержание в мозге так называемых гормонов удовольствия — дофамина и серотонина, а также присущего лишь насекомым гормона октопамина, который, как принято считать, отвечает за позитивные ожидания.

    Как указывает Джеральдин Райт, основной набор химических веществ в мозгу чрезвычайно устойчив и сформировался сотни миллионов лет назад. Таким образом, чувства насекомых могут быть куда ближе к нашим, чем принято думать.

    «Было бы очень интересно посмотреть, как те или иные вещества определяют мозговую деятельность у живых существ, относящихся к разным эволюционным линиям, и велика ли разница», — говорит она.

    Исследование плодовых мушек, проведенное профессором Уэдделлом, показало, что дофамин играет в их мозге ту же роль, что и у человека — при избытке вызывает предвкушение награды, а при недостатке — чего-то неприятного.

    «Чрезвычайно любопытно, что у столь разных существ некоторые черты выработались параллельно, — говорит он. — Это доказывает, что они являются оптимальными для жизни».

    Джеральдин Райт замечает, что из ее опыта с пчелами не обязательно вытекает, что все насекомые способны испытывать оптимизм и пессимизм. Пчелы в данном смысле исключение. Они в высокой степени социальны, совместная жизнь в улье предъявляет повышенные требования к познавательным способностям, так что их можно считать интеллектуалами в мире насекомых.

    «Однако не исключено, что и другим в какой-то мере это присуще», — говорит она.

    Недвусмысленный сигнал

    Если насекомые испытывают эмоции, они должны проявлять их каким-то образом, доступным для наблюдения и описания.

    Автор фото, Getty Images

    Подпись к фото,

    Современное сельское хозяйство сделало большую часть нашей планеты враждебной средой для насекомых

    Над этой проблемой размышлял еще Чарльз Дарвин. Свои мысли о том, как животные выражают свои чувства, он изложил в книге, которая так и называется — «Выражение эмоций у человека и животных» и до сих пор остается в тени знаменитого «Происхождения видов».

    Дарвин утверждал, что способы выражения чувств, как все характеристики живых существ, не возникли из ниоткуда, Мимика, двигательные и звуковые реакции вырабатывались тысячелетиями в ходе эволюции, и в этом смысле между видами земной фауны тоже существует преемственность.

    К примеру, Дарвин отмечал, что многим животным свойственно издавать в состоянии возбуждения громкие звуки. Наряду со щелканьем клювом у аистов и характерным треском хвостовых позвонков у гремучих змей он упоминал также стрекотание некоторых насекомых в момент сексуального желания. Он обратил внимание и на то, что пчелы жужжат по-другому, когда злятся.

    И не только звуки. Вот, например, жук под названием «золотая черепашка», похожий на крошечную черепаху, которую окунули в расплавленное золото. Роскошный цвет образуется благодаря отражению света от наполненных особой жидкостью желобков в его панцире.

    Но возьмите в руки одну из этих живых драгоценностей или подвергните любому другому стрессу, и жук на ваших глазах сделается темно-красным, как переливчатая божья коровка.

    Большая часть исследований этого жука концентрировалась на физике того, как он меняет цвет. Но самое удивительное в том, что насекомое, похоже, контролирует этот процесс, выбирая окраску в зависимости от обстановки.

    Автор фото, Getty Images

    Подпись к фото,

    Насекомые заняли почти все природные ниши, но мозги у них устроены одинаково, а значит, и чувства могут быть сходными

    А еще есть китайская восковая пчела. Каждый год в октябре во время так называемого сезона кровопролития их атакуют гигантские шершни, прозванные шершнями-убийцами и имеющие обыкновение откусывать пчелам головы.

    Эти шершни обитают на обширных пространствах Азии от Индии до Японии, и, по наблюдениям ученых, медленно расширяют свой ареал, будучи последнее время замеченными и в Северной Америке.

    Они налетают на пчел, за несколько часов истребляя целые колонии — сперва рвут на части рабочих пчел, а затем принимаются за молодняк.

    Авторы опубликованной в этом году научной работы установили, что во время нападения шершней пчелы издают многократно усиленное неистовое жужжание — можно сказать, кричат.

    Акустически звук имеет много общего с сигналами тревоги у многих живых существ, от приматов до птиц и летучих мышей. Хотя это и не доказано, можно предположить, что пчелы таким образом выражают свой страх.

    Малоприятная правда

    Больше всего споров вызывает вопрос, способны ли насекомые испытывать боль.

    «Есть много свидетельств, что личинки дрозофил чувствуют физическую боль. Они пытаются убежать, когда мы их сжимаем. Так же ведут себя взрослые особи, — говорит Грег Нили, профессор функциональной генетики Сиднейского университета. — Можно ли трактовать неприятные ощущения как боль в эмоциональном смысле, мы не знаем. Это главная проблема».

    Накапливается все больше аргументов в пользу того, что насекомым ведома боль в человеческом понимании. Более того, они могут страдать от нее продолжительное время.

    Если выработать у плодовых мушек ассоциацию между определенным запахом и чем-то неприятным, они станут убегать от этого запаха при каждом столкновении с ним. «Они способны устанавливать связь между чувственными ощущениями и нежелательными последствиями и стремятся избежать их», — говорит профессор Нили.

    Если не давать дрозофилам такой возможности, они перестают сопротивляться и ведут себя беспомощно — очень похоже на людское отчаяние и депрессию

    Но самый удивительный результат дало проведенное Нили исследование, в ходе которого он выяснил, что травмированные дрозофилы, вероятно, испытывают боль долгое время после того, как их повреждения зажили.

    «Это состояние тревоги, при котором они, однажды испытав боль, всячески стремятся избежать чего-то подобного в будущем», — говорит исследователь. Совсем как у людей, страдающих после травмы от продолжительной невропатической боли.

    Автор фото, Getty Images

    Подпись к фото,

    По всей планете количество насекомых стремительно убывает

    Нили пока не экспериментировал с другими насекомыми, но полагает, что с ними дело обстоит аналогично.

    «Если посмотреть на устройство мозга в целом — рецепторы, ионные каналы и нейромедиаторы, то все очень похоже», — говорит он.

    Некоторые насекомые невосприимчивы к сигналам из внешней среды, как, например, личинки на стадии перехода во взрослое состояние, но это исключения, замечает Нили.

    Вопрос в количестве

    Все это подводит к неприятным для нас выводам.

    Насекомые — самый преследуемый класс живых существ на Земле. Их убивают в огромных количествах, постоянно и не задумываясь. В это число входят 3,5 квадриллиона насекомых, ежегодно травимых инсектицидами в одних лишь Соединенных Штатах, 2 триллиона гибнущих под колесами машин в Нидерландах и намного большее количество других неучтенных жертв человека.

    Хотя общую цифру назвать невозможно, несомненно, что она растет. Мир переживает настоящий геноцид насекомых, они пропадают из дикой природы устрашающими темпами.

    За последние 25 лет число летающих насекомых в заповедниках Германии сократилось в четыре раза. Около 400 тысяч видов находятся на грани полного исчезновения.

    Автор фото, Getty Images

    Подпись к фото,

    Вот такие гигантские шершни свирепо атакуют пчел и отгрызают им головы

    Открытие того, что у насекомых есть чувства, ставит неудобный вопрос перед учеными, прежде всего теми, кто это обнаружил.

    Дрозофилы — классический объект исследований со времен открытия генетики. Сейчас о них известно больше, чем о каком-либо другом виде насекомых. Google содержит ссылки на 762 тысячи научных работ, в которых употреблено латинское название «Drosophila melanogaster».

    Набирает популярность также изучение пчел, дающее обширный материал по многим темам — от эпигенетики (науки о том, как окружающая среда влияет на гены) до проблем обучаемости и памяти.

    И дрозофилы, и пчелы перенесли более чем достаточное количество опытов над собой.

    «Я люблю наблюдать за пчелами, занимаюсь этим большую часть моей научной карьеры, и мне их очень жалко», — говорит Джеральдин Райт, уже несколько десятилетий придерживающаяся вегетарианских убеждений.

    «Количество насекомых, приносимых в жертву науке, в общей массе ничтожно, так что это еще можно счесть оправданным, — продолжает она. — Но люди в принципе слишком пренебрежительно относятся к чужой жизни. Мы походя отнимаем ее у растений и насекомых, у млекопитающих и друг у друга».

    Если использование насекомых для научных опытов ни у кого не вызывает особых возражений, то применительно к другим сферам жизни возникают головоломные проблемы, если исходить из того, что насекомые хотя бы отчасти способны думать и чувствовать.

    Один исторический прецедент имеется: Европейский союз запретил использовать в качестве пестицидов производные никотина, чтобы защитить пчел. Последуют ли за ним другие страны и регионы мира?

    Насекомых все чаще пропагандируют как гуманную и экологически прогрессивную замену мясу позвоночных. Но станет ли это моральной победой? В конце концов, подсчитано, что вместо одной коровы придется убить 975225 кузнечиков.

    Возможно, мы так неохотно соглашаемся с тем, что насекомые могут чувствовать, потому что эта мысль нас сильно расстраивает.

    Центральная научно-методическая ветеринарная лаборатория

    Одним из карантинных вредителей, который может быть обнаружен в импортной продукции является Азиатская ягодная дрозофила Drosophila suzukii (Matsumura). По решению Евразийской экономической комиссии         № 158 от 30 ноября 2016 года данный вредитель входит в единый перечень карантинных объектов Евразийского экономического союза.

    D. Suzukii – близкий родственник привычной для Европы повсеместно распространившейся плодовой мухи Drosophila melanogaster. Оба этих насекомых принадлежат к семейству Drosophilidae.

    Азиатская ягодная дрозофила уже распространилась во многих странах Америки, Африки, Азии. Присутствие этой мушки было отмечено в 12 странах Европейского союза, ее распространение продолжается в Восточной Европе. Пути распространения: плоды и ягоды, почва, транспортные средства, сельскохозяйственное оборудование. Предположительно насекомые попали в Европу из юго-восточной Азии на кораблях, везущих фрукты. К повреждаемым растениям относится более 60 видов, в том числе виноград, земляника, персик, абрикос, черника, голубика, малина, слива, черешня.

    Имаго азиатской ягодной дрозофилы длиной 2-3 мм, с красными глазами, тело светло-коричневое или желтовато-коричневое, с черными поперечными полосами на брюшке. У самцов имеется по одному темному пятну на верхнем крае каждого крыла, самки крупнее самцов, с заметным зазубренным яйцекладом. Личинка длиной до 5,5 мм белая, с видимыми внутренними органами и деталями ротового аппарата.

    Основным отличием пятнистокрылой дрозофилы от плодовой мухи (помимо внешних признаков) является и то, что она поражает целые, здоровые плоды, а плодовая–повреждённые и загнивающие. На плантации, где поселилась муха-вредитель чувствуется специфический неприятный винный запах. Он появляется в результате процессов гниения и брожения поврежденных плодов, которыми кормятся личинки мухи.

    В течение вегетационного сезона может появиться до 13 поколений этого вредителя, наиболее тяжелые последствия его присутствия заметны во второй половине лета.

    Обнаружить азиатскую ягодную дрозофилу довольно сложно, так как проколы на плодах очень мелкие, но можно диагностировать путем визуального осмотра плодов и погружением фруктов в раствор сахара или соли приблизительно на 10 минут, после чего личинки всплывают на поверхность. Для обнаружения имаго используют ловушки с аттрактантами.

    Чрезвычайно важно как можно раньше заметить появление вредителя. Для предотвращения распространения насекомого необходимо удалять упавшие на почву плоды с личинками D. suzukii внутри, которые со временем могут перейти на здоровые плоды.

    Для борьбы с D.Suzukii используется и химический метод, но он малоэффективен, поскольку позволяет уничтожить только взрослые особи. Помимо недолговечности эффекта химической обработки, проведенной перед съемом плодов, создается риск сохранения остаточных количеств пестицидов на спелых плодах и ягодах. В настоящее время многие ученые считают, что бороться с новым вредителем надо не инсектицидами, а биологическими методами — то есть уничтожением или вытеснением с помощью других живых организмов. 

    Читать также: Учебный центр ФГБУ ЦНМВЛ в Барнауле проведет обучение по приготовлению и методам контроля качества питательных сред 20. 02.2021 подробнее Об использовании автоматического бактериологического анализатора VITEK 2 Compact 22.02.2017 подробнее ФГБУ ЦНМВЛ ведёт набор слушателей на обучение работе в ФГИС «ВЕСТА» 09.01.2019 подробнее

    границ | Обработка вкуса у личинок дрозофилы

    Введение

    Вкус — одно из двух основных чувств, наряду с обонянием, которое позволяет животным воспринимать химическую среду. Это относится и к достаточно простым животным, таким как личинки плодовой мушки (Heimbeck et al., 1999; Colomb et al., 2007; Kwon et al. , 2011; Stewart et al., 2015). Личинки дрозофилы сильно зависят от пищевых ресурсов, доступных в месте, где они были отложены в виде яиц.Поэтому вкусовая информация имеет особое значение для различения съедобных, несъедобных или даже вредных веществ (Heimbeck et al., 1999; Colomb et al., 2007; Kwon et al., 2011; Stewart et al., 2015).

    Самка Drosophila melanogaster Мухи откладывают яйца на перезревшие плоды (Atkinson, Shorrocks, 1977). Эмбриональное развитие внутри яйца длится около 24 часов. После вылупления развитие личинки занимает около 5 дней и включает три различных возрастных стадии, определяемых линькой личинки.Наконец, личинка окукливается и претерпевает превращение во взрослую муху, что занимает около 5 дней (Ashburner et al., 2005). Личинки большую часть времени проводят в поисках пищи (Sokolowski, 1980; Green et al., 1983). Дрожжи, которые растут на разлагающихся плодах, являются их основным источником белков (Cooper, 1960; Becher et al., 2012), которые необходимы для развития. Углеводы также важны: личинки быстрее развиваются на диете, содержащей помимо дрожжей сахарозу (Schwarz et al., 2014). Чтобы распознавать белки и сахара, а также соленые и горькие вещества, личинкам нужна сенсорная система, которая обнаруживает эти вещества и определяет предпочтение или избегание их.Эта система поддается модификации: в середине 3-го возраста личинки переключаются с поведения, связанного с пищей, на блуждающее поведение, чтобы выбрать место окукливания без пищи (Sokolowski et al., 1984).

    В последние десятилетия ряд исследований был посвящен нейронной организации вкусовой системы личинок. Кроме того, были созданы стандартизированные тесты для оценки вкусового поведения (Python and Stocker, 2002; Colomb et al., 2007; Niewalda et al., 2008; Kwon et al., 2011; El-Keredy et al., 2012; Апостолопулу и др., 2014; Стюарт и др., 2015).

    По сравнению со своим взрослым аналогом личинка имеет значительно более простую анатомическую организацию (Python and Stocker, 2002). Следовательно, сенсорные нейроны и рецепторные гены могут быть определены индивидуально. Недавно созданные генетические методы позволяют манипулировать ими. Таким образом, обработку вкуса можно анализировать с клеточным разрешением на анатомическом, поведенческом, молекулярном и физиологическом уровне (Apostolopoulou et al., 2014). Мы предполагаем, что личинка Drosophila особенно подходит для изучения механизмов, лежащих в основе ощущения и обработки вкуса.

    Основы нейронов

    Химиосенсорная система личинок

    У личинок на периферическом сенсорном уровне обработка вкуса частично перекрывается с обонятельной системой. Поэтому мы описываем обе сенсорные системы в сочетании (рис. 1). На кончике головы личинки расположены три пары основных внешних хемосенсорных органов: дорсальная (DO), терминальная (TO) и вентральная (VO) пары органов (рис. 1А). Кроме того, вдоль глотки расположены четыре пары внутренних органов: дорсальная (DPS), вентральная (VPS) и задняя (PPS) глоточные сенсиллы (Singh, Singh, 1984; Python, Stocker, 2002), дорсальная орган глотки (DPO) (Gendre et al. , 2004) (рис. 1Б).

    Рисунок 1. Анатомия вкусовой системы личинок . (A) Тонкое строение головных органов личинок: вид спереди на головной мозг личинок с наружными органами чувств на каждой доле головного мозга: дорсальный орган (DO), терминальный орган (TO), вентральный орган (VO), который скрыт за рядом усиков (волосообразные кутикулярные структуры вокруг ротового отверстия). Все органы расположены в виде парных образований дорсальнее рта и ротовых крючков. (B) Схематический обзор хемосенсорной системы головного мозга и глотки. Показаны основные органы вкуса и обоняния, соответствующие ганглии и центральные выступы. Четыре основных нерва соединяют хемочувствительные органы с центральной нервной системой: антенный нерв (AN), лабральный нерв (LN), верхнечелюстной нерв (MN) и губной нерв (LBN). Мозг показан серым цветом. Обонятельные отростки ДО иннервируют личиночную долю усиков через ВН. Предполагается, что вкусовые проекции DO попадают в подпищеводный ганглий (SOG). Три клетки из ганглия ДО посылают свои дендриты в ТО. ТО и ВО проектируются по МН, входящему в СОГ. Вдоль глотки (PH) расположены четыре глоточных органа. Выступы от VPS иннервируют SOG над LBN. DPS, DPO и PPS отправляют прогнозы по LN в SOG. (Рисунок изменен из Python and Stocker, 2002; Gerber and Stocker, 2007). Масштабная линейка: 20 мкм.

    Сенсиллы органов чувств иннервируются биполярными нейронами. Их клеточные тела группируются в ганглиях рядом с соответствующим органом.Их дендрит распространяется на поверхность органов, а единственный отросток аксона ипсилатерально иннервирует головной мозг. Предполагается, что вкусовые нейроны органов головного мозга и глотки оканчиваются в подпищеводном ганглии (СОГ), а нейроны обонятельных рецепторов — в личиночной антенной доле (ЛАЛ) (Tissot et al., 1997; Python and Stocker, 2002; Kwon et al. , 2011).

    DO можно разделить на две субструктуры с различными сенсорными функциями: многопористая куполообразная сложная сенсилла, окруженная дополнительными шестью сенсиллами. Выдающийся «купол», который выполняет обонятельную функцию, содержит 21 нейрон обонятельных рецепторов, организованных в семь триплетов. В общей сложности одиннадцать нейронов иннервируют шесть периферических сенсилл, которые, на основании анатомических исследований, предположительно обслуживают вкусовые ощущения (Chu and Axtell, 1971; Singh and Singh, 1984; Heimbeck et al., 1999; Oppliger et al., 2000). ; Python and Stocker, 2002; Fishilevich et al., 2005; Kreher et al., 2005). Однако в недавнем исследовании описаны три термосенсорных нейрона в ДО, которые, вероятно, иннервируют эти сенсиллы (рис. 2) (Klein et al., 2015).

    Рисунок 2. Нейронная карта вкусовой системы личинки . Карта нейронов определяет отдельные нейроны вкусовой системы личинок на основе их молекулярных и функциональных свойств. Периферическая хемосенсорная система личинки состоит из трех основных внешних органов. Купол DO включает 21 обонятельный сенсорный нейрон, все из которых, как было показано, экспрессируют ORs (Fishilevich et al. , 2005; Kreher et al., 2005). В его основании есть еще 11 чувствительных нейронов (Sokolowski et al., 1984; Роведдер и др., 2012). Из них два нейрона предположительно участвуют в восприятии вкуса (A1 и A2) благодаря экспрессии GR (Kwon et al., 2011), а еще три нейрона опосредуют тепловые стимулы (T1-T3) (Apostolopoulou et al., 2014). ). Мы считаем, что чувствительные к температуре нейроны отличаются от нейронов, экспрессирующих GR, хотя это не было подтверждено экспериментами по совместной локализации. TO можно разделить на дорсолатеральную группу и дистальную группу, состоящую из семи и 30 сенсорных нейронов соответственно (Green et al., 1983; Соколовский и др., 1984). Было показано, что дорсолатеральная группа воспринимает горький вкус (B1-B2) (Kwon et al., 2011), феромон (B3) (Wang et al., 2004) и, вероятно, механосенсорную информацию (Green et al., 1983; Becher et al. ., 2012). Идентичность двух сенсорных нейронов остается пока неуловимой. Предполагается, что дистальная группа в основном выполняет вкусовую функцию. Его сенсорные нейроны чувствуют горький, а также соленый вкус (C1-C4) (Niewalda et al., 2008; Mishra et al., 2013), вкус (C5) и CO2 (C6) (Kwon et al., 2007, 2011). Функция других клеток неизвестна, но они характеризуются экспрессией IR (C7 и C8) (Croset et al., 2010). Кроме того, некоторые PPK (PPK11, PPK6, PPK23) проявляли экспрессию в нейронах ТО (Colomb et al., 2007). Однако они не были сопоставлены с определенными нейронами. Возможна коэкспрессия с GR, поскольку два рецептора PPK, PPK12 и PPK23, также были обнаружены в нейронах, экспрессирующих GR66a (Colomb et al., 2007; Mast et al., 2014). Однако природа остальных нейронов неясна.VO часто исключали из анатомических или функциональных исследований (Sokolowski, 1980; Kwon et al., 2011). Однако на основании данных ультраструктуры личинок комнатной и плодовой мухи была получена вкусовая функция (Sokolowski et al., 1984; Python and Stocker, 2002; Schwarz et al., 2014). Восприятие вкуса подтверждается по крайней мере для одного нейрона благодаря экспрессии GR, GR2a, (h2) (Colomb et al. , 2007).

    Глоточная сенсорная система личинки состоит из четырех органов чувств. ДПС обеспечивают в основном вкусовую функцию.Они содержат горькие (D1 и D2) (Kwon et al., 2011) и нейроны, чувствительные к сахару (D3) (Mishra et al., 2013). Кроме того, четыре IR (IR60e, IR67c, IR60b и IR94f) экспрессируются в трех нейронах (D4–D6) (Stewart et al., 2015). Следовательно, идентичность 10 дополнительных сенсорных нейронов неизвестна. Экспрессия нескольких других GRs была обнаружена в DPS, но не картирована на определенные нейроны (Kwon et al., 2011). Предполагалось, что VPS также выполняет вкусовую функцию. Подтверждены нейроны, чувствительные к горькому (E1 и E2) и сахару (E3).Рецептор PPK, PPK6, экспрессируется в двух нейронах (E4 и E5) (Chu and Axtell, 1971; Colomb et al., 2007; Kwon et al., 2011), и один IR, IR11a, в одном нейроне (E6). (Крозет и др., 2010). Их функция неизвестна. Поскольку предполагалось, что еще два нейрона воспринимают механосенсорные сигналы (Green et al., 1983; Sokolowski et al. , 1984), идентичность дополнительных девяти нейронов остается неясной. ДПО состоит всего из пяти сенсорных нейронов (Gendre et al., 2004; Colomb et al., 2007). Один нейрон (G1) помечен драйвером IR20a-Gal4 (Stewart et al., 2015). Еще два нейрона предположительно воспринимают горечь из-за экспрессии GR66a (G2 и G3). Интересно, что один из них коэкспрессировал PPK12 (Colomb et al., 2007). PPS состоит из шести сенсорных нейронов, которые, вероятно, выполняют вкусовые функции (Python and Stocker, 2002). Два нейрона чувствуют горечь (F1 и F2), а другой — сладкое (F3) (Dethier, Gelperin, 1967; Chu, Axtell, 1971). Два дополнительных нейрона могут быть охарактеризованы благодаря экспрессии IR100a (F4 и F6) (Croset et al., 2010).Семь дополнительных линий GR-Gal4 маркируют клетки в PPS (Kwon et al., 2011). Во всех органах вкуса IR76b и IR25a проявляли экспрессию в большом числе клеток и, следовательно, предполагались как корецепторы (Croset et al., 2010; Stewart et al., 2015). Идентичность предполагаемых нейронов не во всех случаях была определенно подтверждена исследованиями коэкспрессии. Тем не менее, мы считаем, что «горькие» GR, GR66a и GR33a, коэкспрессируются в нейронах, чувствительных к горькому, во всех органах, хотя это было показано только для TO (Kwon et al., 2011; Апостолопулу и др., 2014). Кроме того, мы предполагаем, что нейроны, экспрессирующие IR, отличаются от нейронов, экспрессирующих GR и PPK, поскольку пока не было показано, что они совместно экспрессируются с этими рецепторными генами.

    Для некоторых генов рецепторов, например, GR66a, количество ассоциированных нейронов в литературе варьировало (Colomb et al., 2007; Kwon et al., 2011). В этом случае для представленной нейронной карты было выбрано меньшее число. Исключение составил GR43a, для которого мы включили данные экспрессии Mishra et al.(2013).

    Головные TO и VO, а также четыре органа глотки являются основными органами вкуса личинок (Python and Stocker, 2002). ТО включает около 37 сенсорных нейронов, организованных в 17 сенсилл. Электрофизиологические эксперименты подтверждают его роль в восприятии вкуса (Oppliger et al. , 2000). Однако ультраструктурные исследования указывают на более разнообразную функцию: сенсиллы TO могут также выполнять другие модальности, такие как механо-, термо- или гигроощущение (Chu-Wang and Axtell, 1972; Singh and Singh, 1984).VO расположен на вентральной стороне головных долей и состоит из семи нейронов, организованных в пять сенсилл. Их морфология предполагает роль во вкусовых ощущениях и механоощущениях (Singh and Singh, 1984; Python and Stocker, 2002).

    Органы чувств глотки организованы следующим образом: ДПС состоит примерно из 16 нейронов в шести сенсиллах, ВПС примерно из 17 нейронов в четырех сенсиллах, ДПО только из пяти нейронов и ППС из шести нейронов, организованных в две сенсиллы. (Сингх и Сингх, 1984; Питон и Стокер, 2002; Джендре и др., 2004). На основании их анатомических свойств предполагалась вкусовая функция (Singh and Singh, 1984; Python and Stocker, 2002; Gendre et al., 2004).

    В совокупности хемосенсорная система DO, TO, VO, DPS, VPS, DPO и PPS состоит всего из примерно 119 сенсорных клеток (рис. 2). Поскольку 21 из них выполняет обонятельную функцию, и, по крайней мере, дополнительные 17 могут служить другим модальностям, таким как механо- или термоощущение, максимальное количество только 81 потенциальных вкусовых сенсорных нейронов устанавливает личиночную периферическую вкусовую систему (Python and Stocker, 2002).Следовательно, вкусовая информация в SOG также зависит от этих нескольких клеток. Однако для этих сенсорных нейронов нельзя исключить мультимодальную функциональность. Соответственно, выше предложенные цифры будут другими.

    Можно предположить, что каждая отдельная пара сенсорных нейронов имеет уникальный профиль ответа из-за экспрессии одного или нескольких различных типов рецепторов (Kwon et al., 2011; Stewart et al., 2015). Следовательно, подобно обонятельной системе, личиночной вкусовой системе не хватает клеточной избыточности (Ramaekers et al., 2005).

    Молекулярные основы

    Гены вкусовых рецепторов (GR)

    Семейство генов вкусовых рецепторов (GR) у Drosophila состоит из 68 членов, кодируемых 60 генами GR (Clyne et al. , 2000; Scott et al., 2001). Они широко используются во вкусовых ощущениях: было показано, что GR обнаруживают сладкие (Wang et al., 2004) и горькие (Weiss et al., 2011) стимулы у взрослых особей и личинок (Mishra et al., 2013; Apostolopoulou et al., 2014). но также и нелетучие феромоны (Bray and Amrein, 2003), пока подтвержденные только для взрослых особей Drosophila .Кроме того, экспрессия GR наблюдалась в других типах сенсорных и центральных нейронов (Thorne and Amrein, 2008), а также в эндокринных клетках кишечника (Park and Kwon, 2011). Следовательно, у них могут быть дополнительные, пока не идентифицированные функции.

    У личинок GRs были описаны анатомически путем изучения паттернов экспрессии линий Gal4 (Colomb et al., 2007; Kwon et al., 2011). Квон и др. (2011) обнаружили 43 линии GR-Gal4, которые стимулировали экспрессию у личинок, 39 из них в личиночной вкусовой системе.Каждый идентифицированный нейрон вкусового рецептора экспрессировал отдельный набор множественных GR, что позволило авторам установить карту рецептор-нейрон для DO и TO. Удивительно, но GRs покрывают только около четверти вкусовой системы личинок: они экспрессируются в 22 из 81 потенциальных вкусовых нейронов (рис. 2).

    Гены ионотропных рецепторов (IR)

    Ионотропные рецепторы (ИР) представляют собой семейство недавно идентифицированных хемосенсорных рецепторов у дрозофилы .Семейство IR состоит из 61 ионотропного глутаматного рецептора, экспрессируемого во взрослых сенсорных нейронах, которые дополнительно не экспрессируют какие-либо OR или GR (Benton et al., 2009; Zhang et al., 2013). ИР могут играть роль во вкусе и обонянии (Benton et al., 2009; Zhang et al., 2013).

    На данный момент было показано, что у личинок 14 членов семейства IR экспрессируются в органах вкуса на протяжении всего личиночного развития, но только 10 из них на 3-м возрасте (Croset et al., 2010; Stewart et al., 2015).Стюарт и др. (2015) недавно исследовали подгруппу IR, ветвь IR20a, которая включает около 35 членов. Организация клады IR20a, по-видимому, отличается от организации GR или семейства OR у личинок: линии IR-Gal4 не маркируют нервные клетки TO. Вместо этого восемь из них вызывали экспрессию в сенсорных нейронах органов вкуса глотки, которая различалась на разных личиночных стадиях. На основании экспериментов по совместному мечению был сделан вывод, что существует по крайней мере три различимых пары нейронов DPS в личинке 3-го возраста, каждая из которых экспрессирует разные члены клады IR20a (Stewart et al., 2015). Однако Кросет и соавт. (2010) проанализировали членов другой клады IR и обнаружили экспрессию в терминальном органе одной линии, IR7a-Gal4. Кроме того, две другие линии помечают сенсорные нейроны в VPS и PPS соответственно (Croset et al., 2010). Примечателен паттерн экспрессии IR76b и IR25a, которые, в отличие от вышеперечисленных IR, экспрессировались в большом числе сенсорных нейронов всех органов вкуса. Поэтому предполагалось, что они функционируют как корецепторы.

    Таким образом, IRs, по-видимому, экспрессируются по крайней мере в девяти нейронах из потенциальных 81 билатеральных вкусовых нейронов личинок. По причинам ясности широко экспрессируемые IR25a и IR76b, а также IR без экспрессии в 3-м возрасте не были включены в представленную карту нейронов (рис. 2) (Stewart et al., 2015).

    Пока ничего не известно о функциональном вкладе ИР у личинок.

    Гены карманников (PPK)

    Семейство генов рецепторов карманников DEG/ENaC (PPK) было идентифицировано у многих многоклеточных организмов в животном мире. Отдельные субъединицы ENaC связываются как гомо- или гетеромультимеры с образованием нечувствительных к напряжению и чувствительных к амилориду натриевых каналов.Их функции кажутся очень разнообразными (обзор в Ben-Shahar, 2011). У Drosophila к настоящему времени идентифицирован 31 член семейства карманных воров, каждый из которых представляет канальную субъединицу (Ben-Shahar, 2011). У личинок предыдущие исследования показали, что PPK1 участвует в ноцицепции (Zhong et al., 2010) и что PPK11 может участвовать в клиренсе жидкости в трахее (Liu et al., 2003a). Кроме того, Маст и соавт. (2014) показали, что личинки вырабатывают две длинноцепочечные жирные кислоты, привлекательные для других личинок.Эти феромонные стимулы обнаруживаются одним сенсорным нейроном в каждом ТО. На молекулярном уровне для ответа на эти феромоны необходимы PPK23 и PPK29 (Mast et al., 2014).

    Что касается вкусовой функции, гены рецептора PPK могут участвовать в ощущении воды и соленого вкуса. У взрослых исследование Chen et al. (2010) показали, что PPK28 может служить датчиком осмолярности для вкусового восприятия воды. У личинок субъединицы PPK, по-видимому, вносят вклад в соленый вкус: было обнаружено, что PPK11 и PPK19 экспрессируются в органах вкуса.Нарушение этих генов повлияло на способность личинок различать низкие концентрации соли и повлияло на поведенческую реакцию на высокие концентрации соли (Liu et al., 2003b; Alves et al., 2014).

    Канал переходного рецепторного потенциала (TRP)

    Каналы

    TRP представляют собой катионные каналы, которые сохраняются на протяжении всей филогении животных. Они демонстрируют удивительное разнообразие способов действия, включая сенсорные модальности, такие как зрение, термоощущение, обоняние, слух и осязание (Fowler and Montell, 2013; Venkatachalam et al., 2014). Каналы TRP, по-видимому, являются первичными рецепторами ноцицептивных соединений, включая ментол и капсаицин (Bandell et al., 2007). Кроме того, было показано, что они принимают участие во вкусовых ощущениях кислот (Huang et al., 2006). Также было обнаружено, что TRP обслуживают дегустацию. Было обнаружено, что два члена семейства генов рецепторов TRP участвуют во вкусе, опосредуя гигроощущение (Liu et al., 2007). Было высказано предположение, что личинкам безболезненный TRP необходим для избегания фруктозы и миграции в места, свободные от пищи, перед окукливанием.Предполагалось, что родственные сенсорные нейроны расположены в грудных сегментах (Xu et al., 2008). Это открытие указывает на то, что дополнительные сенсорные нейроны могут вносить вклад в личиночную вкусовую систему.

    Поведенческие и функциональные основы

    Датчик сахара

    Личинки дрозофилы покрывают свои метаболические потребности в углеводах, потребляя смесь фруктозы, глюкозы, сахарозы и других сахаров, которые содержатся во фруктах (Widdowson and McCance, 1935). В лаборатории они могут ощущать и действительно предпочитают различные сахара в анализах предпочтений. Эти реакции зависят от концентрации (Miyakawa, 1982; Schipanski et al., 2008; Rohwedder et al., 2012).

    Нейронный и молекулярный фон восприятия сахара у личинок вызывает недоумение: восемь генов вкусовых рецепторов (GR5a, GR61a, GR64a-f), которые воспринимают различные аспекты информации о сахаре у взрослых (Dahanukar et al., 2007; Slone et al. , 2007) не показали экспрессии у личинок (Colomb et al., 2007). Но Мишра и др. (2013) предположили, что ген рецептора GR43a является основным рецептором сахара у личинок: сообщалось, что GR43a экспрессируется в головном мозге, в органах глотки, а также в нейронах, иннервирующих просвет передней кишки личинок (Mishra et al., 2013).

    Сладость указывает на наличие сахаров и калорийность. Однако сладкий вкус может быть ненадежным предиктором питательной ценности, поскольку некоторые сахара не могут метаболизироваться. Поэтому для личинок важно не только определять вкус, но и питательную ценность пищи, чтобы надлежащим образом покрывать свои метаболические потребности. Фактически было показано, что в присутствии сахаров с питательной ценностью (таких как фруктоза, сахароза, мальтодекстрин глюкозы и сорбит) личинки снижают свое пищевое поведение по сравнению с таковым на чистой агарозе. Наоборот, в присутствии сахаров без питательной ценности (таких как ксилоза и арабиноза) питание остается сравнимым с питанием чистой агарозой (Rohwedder et al., 2012). Кроме того, личинки способны воспринимать и отдавать предпочтение сахару как полезному независимо от его питательной ценности или сладости (Rohwedder et al., 2012). Таким образом, очевидно, что личинки могут воспринимать различные характеристики сахаров.

    Определение и обработка горьких веществ

    Чувство горечи важно для личинок, чтобы избежать вредных веществ. Недавно в нескольких исследованиях изучалось чувство горечи личинками хинина, вещества, воспринимаемого людьми как горькое. Эль-Кереди и др. (2012) показали, что личинки отрицательно реагируют на хинин: избегают его, меньше питаются, если он включен в субстрат, и воспринимают его как наказание при ассоциативном обусловливании (Эль-Кереди и др. , 2012)., 2012). У взрослых GR66a-положительные GRN были идентифицированы как «горькие» нейроны (Weiss et al., 2011). Точно так же было предложено, чтобы коэкспрессия GR66a и GR33a у личинок определяла набор всего из 12 «горьких» нейронов (шесть нейронов в TO, два в DPS, VPS и PPS соответственно) (Kwon et al. , 2011). Действительно, активация этих нейронов была необходима для запуска зависимого от хинина поведения выбора и была достаточной, чтобы инициировать отвращение (Colomb et al., 2007; Apostolopoulou et al., 2014). Кроме того, анализ отдельных клеток показал, что основной вклад в этот ответ вносит нейрон С3 ТО (помимо совместного действия нейронов С1, С2 и С4) (рис. 2) (Apostolopoulou et al., 2014). Поэтому было высказано предположение, что выборочное поведение инструктируется сенсорными нейронами ТО (рис. 1Б).

    Определение и обработка соли

    Хлорид натрия необходим для многих физиологических процессов животных. Поэтому важно, чтобы личинки чувствовали и точно регулировали его потребление. В соответствии с этим личинки предпочитают низкие и избегают высоких концентраций соли (Niewalda et al., 2008). Кроме того, личинки воспринимают первое как вознаграждение, а второе как наказание (Niewalda et al., 2008). Зависящий от концентрации переход от аппетитного к отталкивающему восприятию зависит от рациона личинок: они предпочитают более низкие концентрации соли, чем те, которые потребляются в их рационе (Russell et al., 2011).

    Как упоминалось выше, было обнаружено, что PPK11 и PPK19 (экспрессированные в трех и по крайней мере в одном нейроне ТО соответственно) необходимы для восприятия соли (Liu et al., 2003b; Alves et al., 2014). Кроме того, было показано, что белок серрано, коэкспрессируемый с GR66a в ТО, необходим для обнаружения высоких концентраций солей (Alves et al., 2014). Таким образом, восприятие соли может быть связано с ТО (рис. 1В).

    Обнаружение и обработка аминокислот

    В природе личинки покрывают свои потребности в белке, питаясь дрожжами, которые растут на плодах (Becher et al. , 2012). Недавние данные показали, что аспарагиновая кислота может использоваться в качестве стимулятора аппетита для индукции ассоциативного обонятельного обучения у личинок (Schleyer et al., 2015). Кроме того, личинки могут обнаруживать недостаток незаменимых аминокислот в своей пище. Дофаминергические нейроны ощущают дисбаланс аминокислот посредством GC-недерепрессивной киназы 2 (GCN2) и передачи сигналов ГАМК, что побуждает избегать дефицитной диеты (Bjordal et al., 2014).

    Взаимодействие горько-сладкой и солено-сладкой обработки

    Недавно Konig et al. (2015) показали, что сладкая обработка у личинок взаимодействует с горькой и соленой обработкой. В частности, они показали, что хинин подавляет поведение выбора, зависящее от фруктозы. Кроме того, высокие концентрации соли ингибировали поведение, зависящее от глюкозы. Оба в зависимости от концентрации. 12 идентифицированных «горьких» нейронов не участвовали в индуцируемом хинином ингибировании фруктозы (Konig et al. , 2015). Следовательно, нейронный и молекулярный фон этих взаимодействий еще предстоит изучить.

    Нейронная карта вкусовой системы личинок

    Как указано в предыдущих параграфах, в нескольких исследованиях была собрана информация об экспрессии и функции различных семейств рецепторных генов в вкусовой системе личинок. На рисунке 2 мы предлагаем нейронную карту вкусовой системы, которая определяет связанные нейроны на основе их молекулярных и функциональных свойств.Это показывает, что данные доступны только для части потенциальных вкусовых нейронов. Вкусовые рецепторы представлены редко. Этот вывод основан на паттерне экспрессии драйверных линий Gal4 (Colomb et al., 2007; Kwon et al., 2011; Mishra et al., 2013), который может из-за технических ограничений недооценивать эндогенную экспрессию GR. Тем не менее, вероятно наличие других типов рецепторных генов. Следовательно, какие рецепторные гены могут экспрессироваться в оставшихся «пустых» вкусовых нейронах? Члены семейств генов IR, PPK и TRP, без сомнения, являются многообещающими кандидатами. Однако их анализ пока добавил к вкусовой системе личинок еще лишь несколько рецепторов; о наличии ТРП вообще не сообщалось. Причиной, безусловно, является ограниченная доступность линий Gal4 семейства TRP и PPK. В принципе, сомнительно, действительно ли все предполагаемые вкусовые нейроны (Python and Stocker, 2002) служат исключительно восприятию вкусовых модальностей. Вероятно, некоторые из них вместо этого служат для гигро-, осмо-, проприо- или механоощущения, на что указывают ультраструктурные свойства сенсилл, описанные у личинок комнатной мухи.Выяснение того, как и в каких типах сенсорных нейронов организованы сенсорные нейроны, будет иметь решающее значение для понимания их функциональности.

    Дополнительные вкусовые системы

    Недавно было начато несколько исследований по анализу обработки вкуса у личинок дрозофилы . Работа была сосредоточена исключительно на роли периферических и глоточных органов вкуса. Эти органы служат для оценки качества пищи. Однако, скорее всего, ниже по течению есть дополнительные контрольные точки, которые собирают сенсорную информацию для организации последующего поведения, зависящего от пищи.

    Фактически, Park and Kwon (2011) показали, что 15 драйверов GR-Gal4 экспрессируются в кишечнике взрослого человека. Хотя мы упустили такой анализ для личинок, различные исследования показали, что линии Gr-Gal4 также экспрессируются в кишечнике личинок (Park and Kwon, 2011) (например, Gr43a-Gal4 демонстрирует экспрессию в преджелудке, Mishra et al., 2013). ). Следовательно, желудочно-кишечный тракт может способствовать передаче сигналов о пище.

    Другой важной системой является стоматогастральная система (Spiess et al., 2008). Ранние исследования мясной мухи, проведенные Dethier и Gelperin (1967), показали, что перерезание возвратного нерва, соединяющего стоматогастральную систему с мозгом, приводит к гиперфагии. Далее авторы показали, что при таком лечении теряется информация из области передней кишки, которая контролирует пищевое поведение. Результатом стало чрезмерное потребление пищи.

    Перспективы

    Основная цель неврологии — понять, как животные обнаруживают, различают и реагируют на огромное разнообразие сенсорных стимулов в окружающей среде. Простая нервная система, такая как у личинок дрозофилы , дает возможность изучать нейронные корреляты, лежащие в основе этих сложных процессов. Информация об их хемосенсорной системе появляется быстро. Чтобы улучшить наше понимание обработки вкуса у личинок, мы предполагаем, что будущие исследования выиграют от выяснения вклада стоматогастральной и желудочно-кишечной систем в восприятие вкуса.

    Кроме того, есть надежда продвинуть анатомическое и функциональное рассечение вкусовой системы личинок на уровне отдельных клеток.Более глубокое знание периферической организации органов вкуса и нейронов улучшит наше понимание их функциональности. Следовательно, природа до сих пор не идентифицированных сенсорных нейронов должна быть раскрыта путем скрининга расширенного набора линий рецепторного гена Gal4 и подвергнуть их точному анализу на коэкспрессию. Однако из-за технических ограничений драйверные линии Gal4 могут не отражать истинный паттерн эндогенной экспрессии генов сенсорных рецепторов. Гибридизация in situ была бы предпочтительнее для подтверждения экспрессии гена рецептора, но эффективный протокол для личинок пока не разработан.

    Заявление о конфликте интересов

    Авторы заявляют, что исследование проводилось при отсутствии каких-либо коммерческих или финансовых отношений, которые могли бы быть истолкованы как потенциальный конфликт интересов.

    Благодарности

    Эта работа была поддержана грантами DFG [Th2584/1-1] и [Th2584/3-1], Baden-Württemberg Stiftung и Zukunftskolleg Университета Констанца (все для AST).

    Ссылки

    Алвес Г., Салле Ж., Чауди С., Дюпас С. и Маньер Г. (2014). Восприятие высокого уровня NaCl у Drosophila melanogaster. J. Neurosci. 34, 10884–10891. doi: 10.1523/JNEUROSCI.4795-13.2014

    Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

    Апостолопулу, А. А., Мазия, Л., Вуст, А., и Тум, А. С. (2014). Нейронная и молекулярная основа зависимой от хинина передачи сигналов горького вкуса у личинок дрозофилы . Фронт. Поведение Неврологи. 8:6. дои: 10.3389/fnbeh.2014.00006

    Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

    Эшбернер, М., Голич, К.Г., и Хоули, Р.С. (2005). Дрозофила: лабораторный справочник, 2-е изд. Колд-Спринг-Харбор, Нью-Йорк: Издательство лаборатории Колд-Спринг-Харбор.

    Аткинсон В. и Шоррокс Б. (1977). Специфика места размножения домашних видов дрозофилы . Экология 29, 223–232. дои: 10.1007/BF00345697

    Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

    Банделл, М., Макферсон, Л.Дж., и Патапутян, А. (2007). От озноба к перцу чили: механизмы термоощущения и химестеза через термоТРП. Курс. мнение Нейробиол. 17, 490–497. doi: 10.1016/j.conb.2007.07.014

    Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

    Becher, P.G., Flick, G., Rozpêdowska, E., Schmidt, A., Hagman, A., Lebreton, S., et al. (2012). Дрожжи, а не летучие вещества плодов опосредуют Drosophila melanogaster привлечение, откладку яиц и развитие. Функции. Экол. 26, 822–828. doi: 10.1111/j.1365-2435.2012.02006.x

    Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

    Бентон, Р., Ваннис, К.С., Гомес-Диас, К., и Фоссхалл, Л.Б. (2009). Варианты ионотропных рецепторов глутамата в качестве хемосенсорных рецепторов у дрозофилы . Ячейка 136, 149–162. doi: 10.1016/j.cell.2008.12.001

    Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

    Бьордаль М., Аркье Н., Князефф Дж., Пин, Дж. П., и Леопольд, П. (2014). Обнаружение аминокислот в дофаминергической цепи способствует отказу от неполной диеты у дрозофил. Мобильный 156, 510–521. doi: 10.1016/j.cell.2013.12.024

    Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

    Брей, С., и Амрейн, Х. (2003). Предполагаемый феромоновый рецептор Drosophila , экспрессируемый в специфических для самцов вкусовых нейронах, необходим для эффективного ухаживания. Нейрон 39, 1019–1029. дои: 10.1016/S0896-6273(03)00542-7

    Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

    Чен, З., Ван, К., и Ван, З. (2010). Чувствительный к амилориду эпителиальный Na+-канал PPK28 необходим для вкусовой рецепции воды. J. Neurosci. 30, 6247–6252. doi: 10.1523/JNEUROSCI.0627-10.2010

    Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

    Чу, И.В., и Акстелл, Р.К. (1971). Тонкое строение спинного органа личинки комнатной мухи Musca domestica L. З. Целльфорш. Микроск. Анат. 117, 17–34. дои: 10.1007/BF00331098

    Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

    Чу-Ванг, И.В., и Акстелл, Р.К. (1972). Тонкое строение терминального органа личинки комнатной мухи Musca domestica L. Z. Zellforsch. Микроск. Анат. 127, 287–305. дои: 10.1007/BF00306874

    Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

    Коломб Дж., Грилленцони Н., Рамакерс А. и Стокер Р.Ф. (2007). Архитектура первичного вкусового центра личинок Drosophila melanogaster. Дж. Комп. Нейрол. 502, 834–847. doi: 10.1002/cne.21312

    Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

    Croset, V., Rytz, R., Cummins, S.F., Budd, A., Brawand, D., Kaessmann, H., et al. (2010). Древнее первичноротое происхождение хемосенсорных ионотропных рецепторов глутамата и эволюция вкуса и обоняния насекомых. Генетика PLoS. 6:e1001064.doi: 10.1371/journal.pgen.1001064

    Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

    Детье, В.Г., и Гельперин, А. (1967). Гиперфагия у мясной мухи. Дж. Экспл. биол. 47, 191–200.

    Академия Google

    Эль-Кереди, А., Шлейер, М., Кениг, К., Эким, А., и Гербер, Б. (2012). Поведенческий анализ обработки хинина при выборе, питании и обучении личинок дрозофилы. PLoS ONE 7:e40525. doi: 10.1371/journal.pone.0040525

    Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

    Фишилевич Э. , Домингос А.И., Асахина К., Наеф Ф., Восшалл Л.Б. и Луис М. (2005). Поведение хемотаксиса, опосредованное одиночными личиночными обонятельными нейронами у дрозофилы. Курс. биол. 15, 2086–2096. doi: 10.1016/j.cub.2005.11.016

    Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

    Жандре, Н., Люэр, К., Фрише, С., Грилленцони, Н., Рамакерс, А., Технау, Г.М. и др. (2004). Интеграция сложных личиночных хемосенсорных органов во взрослую нервную систему Drosophila. Разработка 131, 83–92. doi: 10.1242/dev.00879

    Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

    Гербер, Б., и Стокер, Р.Ф. (2007). Личинка дрозофилы как модель для изучения хемоощущения и хемосенсорного обучения: обзор. Хим. Чувства 32, 65–89. doi: 10.1093/chemse/bjl030

    Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

    Грин, К.Х., Бернет Б. и Коннолли К.Дж. (1983). Организация и закономерности меж- и внутривидовой изменчивости поведения личинок дрозофилы . Аним. Поведение 31, 282–291. doi: 10.1016/S0003-3472(83)80198-5

    Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

    Heimbeck, G., Bugnon, V., Gendre, N., Häberlin, C., and Stocker, R. F. (1999). Восприятие запаха и вкуса у личинок Drosophila melanogaster: исследования экспрессии токсина в хемосенсорных нейронах. J. Neurosci. 19, 6599–6609.

    Реферат PubMed | Академия Google

    Хуанг, А.Л., Чен, X., Хун, М.А., Чандрашекар, Дж., Го, В., Транкнер, Д., и др. (2006). Клетки и логика обнаружения кислого вкуса у млекопитающих. Природа 442, 934–938. doi: 10.1038/nature05084

    Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

    Кляйн, М., Афонсо, Б., Воннер, А. Дж., Эрнандес-Нуньес, Л., Берк, М., Табоне, С. Дж., и соавт. (2015). Сенсорные детерминанты поведенческой динамики термотаксиса Drosophila . Проц. Натл. акад. науч. США 112, E220–E229. doi: 10.1073/pnas.1416212112

    Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

    Кениг К. , Шлейер М., Лейбигер Дж., Эль-Кереди А. и Гербер Б. (2015). Горько-сладкая обработка у личинки дрозофилы. хим. Senses 40, 445. doi: 10.1093/chemse/bju071

    Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

    Квон, Дж. Ю., Даханукар, А., Вайс, Л. А., и Карлсон, Дж.Р. (2007). Молекулярные основы рецепции СО2 у дрозофил. проц. Натл. акад. науч. США 104, 3574–3578. doi: 10.1073/pnas.0700079104

    Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

    Квон, Дж. Ю., Даханукар, А., Вайс, Л. А., и Карлсон, Дж. Р. (2011). Молекулярная и клеточная организация вкусовой системы личинки дрозофилы . J. Neurosci. 31, 15300–15309. doi: 10.1523/JNEUROSCI.3363-11.2011

    Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

    Лю, Л., Джонсон, В.А., и Уэлш, М.Дж. (2003a). Drosophila Гены карманников DEG/ENaC экспрессируются в трахейной системе, где они могут участвовать в клиренсе жидкости. Проц. Натл. акад. науч. США 100, 2128–2133. doi: 10.1073/pnas.252785099

    Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

    Лю, Л., Леонард, А.С., Мотто, Д.Г., Феллер, М.А., Прайс, М.П., ​​Джонсон, В.А., и др. (2003б). Вклад генов дрозофилы DEG/ENaC в соленый вкус. Нейрон 39, 133–146. doi: 10.1016/S0896-6273(03)00394-5

    Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

    Liu, L., Li, Y., Wang, R., Yin, C., Dong, Q., Hing, H., et al. (2007). Drosophila hygrosensation требует ГТО каналов водяной ведьмы и наньчунга. Природа 450, 294–298. doi: 10.1038/nature06223

    Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

    Маст, Д. Д., Де Мораес, К. М., Алборн, Х.Т., Лавис, Л.Д., и Стерн, Д.Л. (2014). Развились различия в социальном поведении личинок, опосредованные новыми феромонами. Элиф 3:e04205. doi: 10.7554/eLife.04205

    Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

    Мишра Д. , Миямото Т., Резеном Ю.Х., Бруссард А., Явуз А., Слоун Дж. и соавт. (2013). Молекулярные основы восприятия сахара у личинок дрозофилы . Курс. биол. 23, 1466–1471. doi: 10.1016/j.cub.2013.06.028

    Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

    Миякава Ю.(1982). Поведенческие доказательства существования клеток рецепторов вкуса сахара, соли и аминокислот и некоторые их свойства у личинок дрозофилы . J. Физиология насекомых. 28, 405–410. дои: 10.1016/0022-1910(82)

    -X

    Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

    Нивалда, Т., Сингхал, Н., Фиала, А., Саумвебер, Т., Вегенер, С., и Гербер, Б. (2008). Обработка соли у личинки дрозофилы : выбор, кормление и изменение обучения от аппетита к отвращению в зависимости от концентрации. Хим. Чувства 33, 685–692. doi: 10.1093/chemse/bjn037

    Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

    Опплигер, Ф. Ю., М. Герин, П., и Влимант, М. (2000). Нейрофизиологические и поведенческие доказательства обонятельной функции спинного органа и вкусовой функции терминального органа у личинок Drosophila melanogaster. J. Физиология насекомых. 46, 135–144. дои: 10.1016/S0022-1910(99)00109-2

    Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

    Питон, Ф.и Стокер, РФ (2002). Сложная личиночная доля усиков D. melanogaster, как у взрослых особей, несмотря на заметно низкое количество нейронов рецепторов запаха. Дж. Комп. Нейрол. 445, 374–387. doi: 10.1002/cne.10188

    Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

    Рамакерс, А., Магненат, Э., Марин, Э.С., Жандре, Н., Джефферис, Г.С., Луо, Л., и соавт. (2005). Карты клубочков без клеточной избыточности на последовательных уровнях обонятельного контура личинок дрозофилы . Курс. биол. 15, 982–992. doi: 10.1016/j.cub.2005.04.032

    Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

    Роведдер, А. , Пфитценмайер, Дж. Э., Рамспергер, Н., Апостолопулу, А. А., Видманн, А., и Тум, А. С. (2012). Зависящие от пищевой ценности и независимые от пищевой ценности эффекты на поведение личинок Drosophila melanogaster. Хим. Чувства 37, 711–721. doi: 10.1093/chemse/bjs055

    Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

    Рассел, К., Вессницер Дж., Янг Дж. М., Армстронг Дж. Д. и Уэбб Б. (2011). Уровни пищевой соли влияют на предпочтение соли и обучение у личинок Drosophila. PLoS ONE 6:e20100. doi: 10.1371/journal.pone.0020100

    Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

    Шипански, А., Ярали, А., Нивальда, Т., и Гербер, Б. (2008). Поведенческий анализ обработки сахара при выборе, питании и обучении личинок дрозофилы. хим. Чувства 33, 563–573. дои: 10.1093/chemse/bjn024

    Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

    Шварц С., Дуриско З. и Дукас Р. (2014). Отбор пищи у личинок плодовых мушек: динамика и влияние на развитие личинок. Naturwissenschaften 101, 61–68. doi: 10.1007/s00114-013-1129-z

    Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

    Скотт К., Брэди Р. мл. Кравчик А., Морозов П., Ржецкий А., Цукер С. и соавт. (2001). Семейство хемосенсорных генов, кодирующих вкусовые и обонятельные рецепторы-кандидаты у дрозофилы .Мобильный 104, 661–673. doi: 10.1016/S0092-8674(01)00263-X

    Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

    Сингх, Р. Н., и Сингх, К. (1984). Тонкое строение органов чувств личинки Drosophila melanogaster Meigen (Diptera: Drosophilidae). Междунар. Дж. Насекомое. Морфол. Эмбриол. 13, 255–273. дои: 10.1016/0020-7322(84)-1

    Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

    Соколовский М.Б., Кент С. и Вонг Дж.(1984). Поведение личинок дрозофилы при кормлении: стадии развития. Аним. Поведение 32, 645–651. doi: 10.1016/S0003-3472(84)80139-6

    Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

    Spiess, R., Schoofs, A., и Heinzel, HG (2008). Анатомия стоматогастральной нервной системы, связанной с передней кишкой у личинок Drosophila melanogaster и Calliphora vicina третьего возраста. Дж. Морфол. 269, 272–282. doi: 10.1002/jmor.10581

    Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

    Стюарт, С., Koh, T.W., Ghosh, AC, и Carlson, JR (2015). Кандидаты на ионотропные вкусовые рецепторы у личинок дрозофилы . Проц. Натл. акад. науч. США 112, 4195–4201. doi: 10.1073/pnas.15032

    Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

    Торн, Н., и Амрейн, Х. (2008). Атипичная экспрессия генов вкусовых рецепторов дрозофилы в сенсорных и центральных нейронах. Дж. Комп. Нейрол. 506, 548–568. doi: 10.1002/cne.21547

    Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

    Tissot, M. , Gendre, N., Hawken, A., Störtkuhl, K.F., and Stocker, R.F. (1997). Личиночные хемосенсорные проекции и инвазия взрослых афферентов в антенную долю дрозофилы . Дж. Нейробиол. 32, 281–297.

    Реферат PubMed | Академия Google

    Венкатачалам, К., Луо, Дж., и Монтелл, К. (2014). Эволюционно законсервированные, многозадачные каналы TRP: уроки червей и мух. Справочник. Эксп. Фармакол. 223, 937–962. дои: 10.1007/978-3-319-05161-1_9

    Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

    Вайс, Л. А., Даханукар, А., Квон, Дж. Ю., Банерджи, Д., и Карлсон, Дж. Р. (2011). Молекулярно-клеточная основа горького вкуса у дрозофил. Нейрон 69, 258–272. doi: 10.1016/j.neuron.2011.01.001

    Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

    Уиддоусон, Э. М., и Макканс, Р.А. (1935). Доступный углевод фруктов: определение глюкозы, фруктозы, сахарозы и крахмала. Биохим. Дж. 29, 151–156. дои: 10. 1042/bj02

    Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

    Сюй, Дж., Сорнборгер, А.Т., Ли, Дж.К., и Шен, П. (2008). Drosophila Канал TRPA модулирует стимулированное сахаром нервное возбуждение, избегание и социальную реакцию. Нац. Неврологи. 11, 676–682. doi: 10.1038/nn.2119

    Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

    Чжун, Л., Хван, Р.Ю., и Трейси, В.Д. (2010). Pickpocket — это белок DEG/ENaC, необходимый для механической ноцицепции у личинок дрозофилы . Курс. биол. 20, 429–434. doi: 10.1016/j.cub.2009.12.057

    Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

    границ | Сигнализация вкуса кофеина у личинок дрозофилы

    Введение

    Вкус является жизненно важным чувством для животных. Сенсорные клетки, расположенные во вкусовых органах, таких как язык млекопитающих или хоботок насекомых, предназначены для различения структурно различных химических соединений (обзор в Apostolopoulou et al. , 2015; Фриман и Даханукар, 2015 г.; Френч и др., 2015 г.; Джозеф и Карлсон, 2015 г .; Кикут-Лигай и Тржелинска-Лорич, 2015). Некоторые из этих соединений указывают на наличие питательных веществ в источнике пищи, в то время как другие могут даже сигнализировать о токсичности. У людей вредные соединения часто воспринимаются как горькие и вызывают врожденное отвращение (Ventura and Worobey, 2013; Barretto et al., 2015). В более широком смысле ощущение горечи предполагается у животных, включая насекомых, для веществ, вызывающих врожденные аверсивные реакции.

    Поведение, обусловленное вкусом, имеет много аспектов, включая поведение, связанное с поиском пищи или кормлением, а также общение и идентификацию партнеров для спаривания и хищников (Bray and Amrein, 2003). Вкусовая валентность может зависеть от концентрации, так как низкие концентрации соли вызывают аппетит, тогда как более высокие концентрации вызывают отвращение (Niewalda et al., 2008; Zhang et al., 2013; Alves et al., 2014). Кроме того, врожденное влечение может быть обращено вспять в течение жизни животных (Xu et al., 2008). Кроме того, поведение, зависящее от вкуса, зависит от состояния.Кормление зависит от состояния голода животного, и другие вызывающие отвращение соединения могут стать привлекательными по причинам самолечения (Bernays and Singer, 2005; Milan et al., 2012; Abbott, 2014). Учитывая эту сложность, неудивительно, что многие детали кодирования вкуса, такие как точное количество и молекулярная функция сенсорных нейронов и вкусовых рецепторов или функциональная диссоциация между внутренними и внешними органами чувств, еще предстоит исследовать.

    Чтобы узнать больше о восприятии горького вкуса на клеточном и молекулярном уровне, мы изучили ощущение кофеина, используя личинок дрозофилы в качестве модельной системы.Личинка дрозофилы имеет простую периферическую нервную систему с небольшим количеством сенсорных нейронов для оценки ее химического окружения (Singh, Singh, 1984; Tissot et al. , 1997; Python, Stocker, 2002; Kwon et al., 2011; Апостолопулу и др., 2014а). Три наружных хемосенсорных органа расположены на кончике головы личинки; дорсальный (DO, который в основном выполняет обонятельную функцию), терминальный (TO) и вентральный орган (VO). Внутри глотки расположены три органа: дорсальная (ДПС), задняя (ППС) и вентральная (ВПС) глоточные сенсиллы.В общей сложности эти органы дают около 114 пар сенсорных нейронов, которые, как предполагалось, функционируют при вкусе, обонянии, термоощущении, гигроощущении и механоощущении (Singh, Singh, 1984; Python, Stocker, 2002; Fishilevich et al., 2005; Kreher et al., 2005; Apostolopoulou et al., 2015; Klein et al., 2015; Ni et al., 2016). Таким образом, личинки имеют как минимум две вкусовые подсистемы: наружную и глоточную. Кодирование вкуса в глоточной системе до настоящего времени не анализировалось.

    Анатомические исследования показывают, что личинка воспринимает горький вкус с помощью в общей сложности 12 пар нейронов вкусовых рецепторов (GRN), шесть из которых находятся в TO, а шесть расположены внутри глотки (Kwon et al. , 2011; Apostolopoulou et al., 2014a; Kim и др., 2016). Родственные GRN приобретают свою функцию за счет экспрессии различных комбинаций вкусовых рецепторов (Grs). У Drosophila 60 генов вкусовых рецепторов кодируют 68 вкусовых рецепторов. Большинство из них обнаруживают горькие соединения (Clyne et al., 2000; Дунипас и др., 2001; Скотт и др., 2001; Робертсон и др., 2003). Хотя Grs в Drosophila не имеют гомологии со вкусовыми рецепторами млекопитающих (Robertson et al., 2003; Zhang et al., 2011), они, по-видимому, имеют сходство в обработке валентности горьких и сладких стимулов. Текущие данные по взрослой особи Drosophila предполагают, что несколько GR белков необходимы для образования функциональной рецепторной единицы (Jiao et al., 2008; Lee et al., 2009, 2010). Горьким рецепторам может потребоваться коэкспрессия Gr32a, Gr33a, Gr66a (Moon et al., 2009; Lee et al., 2010), которые могут быть горькими корецепторами (Weiss et al., 2011). Помимо этих корецепторов, дополнительные рецепторы могут играть более специфическую роль в обнаружении определенных химических веществ, таких как Gr59c для берберина, лобелина и денатония (Weiss et al. , 2011), Gr8a для L-канаванина (Lee et al., 2012) и Gr47a для стрихнина (Lee et al., 2015, но см. также Delventhal and Carlson, 2016). Верно ли это для личиночных стадий, систематически не изучалось.

    Остается неизвестным, как личинкам удается отбирать и обрабатывать широкий спектр химических веществ, используя лишь несколько нейронов, экспрессирующих разные наборы GR.Из трех предполагаемых горьких корецепторов, обнаруженных у взрослых особей, личинка экспрессирует только Gr66a и Gr33a в 12 GRN (Kwon et al., 2011; Apostolopoulou et al., 2014a; Kim et al., 2016). Лишь некоторые из них экспрессируют Gr32a (Kwon et al., 2011). Было предложено, чтобы один GRN ТО реагировал на противоположные вкусы, такие как сладкий и горький (van Giesen et al., 2016). Эти результаты указывают на сложность, которая далека от понимания. Следовательно, требуется дополнительная экспериментальная работа, чтобы понять горькие ощущения личинок и вкусовые процессы в целом.Особенно роль сенсорных нейронов глотки остается неясной из-за отсутствия анатомических, молекулярных и поведенческих данных.

    Здесь мы обнаруживаем, что личинкам требуется только одна пара глоточных GRN, называемая D1, которая расположена в DPS, чтобы избежать кофеина и связать запах с зависимым от кофеина наказанием. Напротив, вызванное кофеином снижение аппетита в ситуациях отсутствия выбора не требует D1. Кроме того, мы показываем, что молекулярный механизм, обеспечивающий D1 способностью обнаруживать кофеин, сохраняется на протяжении всей метаморфозы.Как и у взрослых Drosophila , ощущение кофеина требует функции генов рецепторов Gr33a, Gr66a и Gr93a (Lee et al., 2009). Ощущение кофеина также требует дополнительного неизвестного гена Gr, потому что совместной экспрессии генов рецепторов Gr33a, Gr66a и Gr93a в паре глоточных нейронов D2 недостаточно для введения чувствительности к кофеину. Тем не менее, мы не можем исключить возможность того, что дополнительные гены Gr, экспрессируемые в паре нейронов D2, противодействуют функции гена рецептора Gr93a (Delventhal and Carlson, 2016). Вместе эта работа представляет собой, насколько нам известно, первое функциональное исследование кодирования вкуса с помощью личиночной глоточной системы.

    Материалы и методы

    Запасы мух и обслуживание

    Мух

    содержали на стандартной среде Drosophila при 25°C. Для всех опытов мух пересаживали в новые флаконы и оставляли на 2 дня для откладки яиц. Опыты проводили через 5-6 дней после откладки яиц. Личинок третьего возраста, стадии питания, использовали в группах примерно по 30 животных для поведенческих экспериментов или индивидуально для анатомических подходов и экспериментов по визуализации Ca 2+ .Линии Gr-Gal4 ( Gr66a-Gal4, Gr33a-Gal4, Gr10a-Gal4, Gr36c-Gal4, Gr94a-Gal4, Gr97a-Gal4, Gr57d-Gal4, Gr59d-Gal4 и Gr93a-Gal4 ), WT Canton Ложи UAS- hid,rpr и UAS- mCD8::GFP были любезно предоставлены лабораториями Carlson, Scott, Heisenberg, Sprecher и Tanimoto. UAS- GCaMP6m и мутанты по генам вкусовых и обонятельных рецепторов ( Gr66aex83, Gr33a1 и Gr93a3 ) были получены из Bloomington Stock Center (Bloomington Stock Numbers 42748, 357528 и 31427). w1118 скрещивали с разными линиями для получения гетерозиготных контролей. Кроме того, мы использовали Gr33a1; Gr66aex83 двойные мутантные личинки, UAS- GCaMP6m ; Gr33a-Gal4 личинки, UAS- GCaMP6m ; Gr33a1 личинки, Gr93a-Gal4 ; Gr33a1 личинки, UAS- GCaMP6m ; Gr93a3 личинок и Gr93a-Gal4 ; Gr93a3 личинок, которые были созданы в результате скрещивания с использованием двойного балансировочного стада (инвентарный номер Bloomington 3704).

    Выбор поведения, зависящий от кофеина

    Эксперименты проводили стандартными методами (Niewalda et al., 2008; Schipanski et al., 2008; El-Keredy et al., 2012; Rohwedder et al., 2012; Apostolopoulou et al., 2014a). 1,0% (мас./об.) раствор агарозы (Sigma Aldrich, кат. №: A5093; CAS №: 9012-36-6) кипятили в микроволновой печи и тонким слоем заливали в чашки Петри (диаметром 85 мм, кат. №: 82.1472, Зарштедт, Нюмбрехт, Германия). После охлаждения агарозу удаляли с половины планшета. Пустую половину заполняли 1,0% (масса/объем) раствором агарозы, дополнительно содержащим 50 мМ кофеина (Sigma Aldrich, кат. номер: 27600), если не указано иное. Для теста в середину чашки Петри помещали 30 личинок. Личинок подсчитывали через 5 минут как расположенные либо на стороне с кофеином, либо на стороне без кофеина, либо на средней нейтральной стороне (участок шириной около 10 мм, идущий вертикально посередине чашки).

    Индексы предпочтений для поведения выбора рассчитывались следующим образом:

    Индекс предпочтения = (#КОФЕИН -#ЧИСТАЯ АГАРОЗА)#ИТОГО

    Таким образом, индексы отрицательного предпочтения указывают на отвращение к кофеину.

    Кормление

    Эксперименты проводили стандартными методами (Schipanski et al., 2008; El-Keredy et al., 2012; Rohwedder et al., 2012; Apostolopoulou et al., 2014a; König et al., 2014). Для контрольных экспериментов чашки Петри заполняли раствором 1% (масса/объем) агарозы и 2% (масса/объем) индигокармина (кат. номер Sigma Aldrich: 73436). Для экспериментальных групп чашки Петри заполняли раствором 1% (масса/объем) агарозы, 2% (масса/объем) индигокармина и 50 мМ кофеина. Подопытным личинкам давали питаться на чашках в течение 30 мин.Затем их промывали водопроводной водой и гомогенизировали в 500 мкл 1 М раствора аскорбиновой кислоты (кат. номер Sigma Aldrich: A7506). Гомогенат центрифугировали в течение 5 мин при 13 400 об/мин, а супернатант фильтровали с помощью шприцевого фильтра (миллипоры, поры 5 мкм, Дармштадт, Германия) в новую чашку Эппендорфа. Затем смесь снова центрифугировали в течение 5 мин при 13400 об/мин. 100 мкл супернатанта загружали в 96-луночный планшет (Hartenstein, Würzburg, Germany). Поглощение каждой смеси измеряли при 610 нм с использованием спектрофотометра Epoch (BioTek, Bad Friedrichshall, Germany).Для расчета окончательного поглощения каждого отдельного измерения среднее значение поглощения контрольного образца (1 М аскорбиновой кислоты) вычитали из поглощения соответствующей смеси.

    Абсорбция = абсорбция смеси                         – абсорбция пустого контроля

    Изучение запаха кофеина

    Эксперименты проводили стандартными методами (Niewalda et al. , 2008; Schipanski et al., 2008; El-Keredy et al., 2012; Rohwedder et al., 2012; Apostolopoulou et al., 2013, 2014a).Использовали чашки Петри, заполненные тонким слоем 3,0% агарозы, содержащие либо чистую агарозу, либо агарозу плюс кофеин в концентрации 50 мМ. В качестве обонятельных раздражителей использовали по 10 мкл амилацетата (АМ; Fluka 46022, разбавленный 1:250 в вазелиновом масле, Fluka 76235) и бензальдегида (БА, неразбавленный; Fluka 12010). Одоранты загружали в изготовленные на заказ тефлоновые контейнеры (диаметром 4,5 мм) с перфорированными крышками. Первая группа из 30 животных подвергалась воздействию АМ во время ползания на агарозной среде, также содержащей кофеин в качестве отрицательного подкрепления.Через 5 мин личинок переносили в свежую чашку Петри с чистой агарозой и подвергали воздействию БА (АМ+/БА). Этот цикл тренировочных испытаний повторялся еще два раза. Вторая группа личинок прошла реципрокное обучение (AM/BA+). Затем личинок переносили на тестовые пластины, содержащие агарозу и кофеин, на которых АМ и ВА располагались с противоположных сторон. Через 3 мин подсчитывали особей, находящихся на стороне АМ (# АМ), стороне БА (# БА) или в нейтральной зоне 10 мм. Мы определили индекс предпочтения для каждой обучающей группы следующим образом:

    PrefAM+∕BA=(#AM-# BA)∕# TotalPrefAM∕BA+ = (#AM-# BA)∕# Total

    Чтобы конкретно измерить эффект ассоциативного обучения, мы рассчитали индекс ассоциативной производительности (PI) как разницу в предпочтениях между взаимно обученными личинками:

    PI =(PrefAM+∕BA-PrefAM∕BA+)∕2 Таким образом,

    отрицательных PI представляют собой аверсивное ассоциативное обучение.Деление на два гарантирует, что оценки связаны в пределах [−1; 1]. Последовательность тренировочных испытаний (т. е. AM+/BA или BA/AM+) чередовалась в повторениях эксперимента.

    Выживание на кофеиновой диете

    Эксперименты проводили стандартными методами (Rohwedder et al., 2012; Apostolopoulou et al., 2014a). Флаконы, приготовленные для контрольных групп, заполняли 1% (масса/объем) раствором агарозы. Флаконы, приготовленные для экспериментальных групп, заполняли 1% (вес/объем) агарозы плюс 50 мМ кофеина. Двенадцать личинок первого возраста дикого типа помещали в каждый флакон и хранили при 25°C в течение эксперимента.Количество выживших личинок подсчитывали ежедневно в течение 9 дней подряд. Во время эксперимента во флаконы время от времени добавляли капли водопроводной воды, чтобы предотвратить обезвоживание. Относительную выживаемость личинок в каждом флаконе рассчитывали каждый день путем деления количества живых личинок в этот день на общее количество личинок в 1-й день.

    Относительная выживаемость = # живых личинок в конкретный день # общее количество личинок в день 1

    Статистические методы

    Было выполнено

    критерия Крускала-Уоллиса и, в случае значимости, критерия суммы рангов Уилкоксона; При необходимости для множественных сравнений использовались поправки Холма-Бонферрони.Аналогичным образом для сравнения значений с уровнем вероятности использовались знаковые ранжированные тесты Уилкоксона. Все статистические анализы были выполнены с помощью R версии 2.14.0 и Windows Excel 2010. Выравнивание рисунков было выполнено с помощью Adobe Photoshop. Поведенческие данные представлены в виде диаграмм (средняя линия, медиана; границы рамок, квантили 25%/75%; усы, квантили 10%/90%; кружки, выбросы). Звездочки (*, **, ***) и «н.с.» указать p < 0,05, p < 0,01, p < 0,001 и p > 0.05 соответственно.

    Сканирующая электронная микроскопия (СЭМ)

    Для СЭМ личинок купали в горячей воде в течение 1,5–2 мин. Фиксацию проводили в 2,5% глутаральдегиде, забуференном 0,05 М Na-какодилатным буфером (рН 7,4, 396 мОсм) при 4°С. Через 30 мин примерно переднюю треть отрезали и снова помещали в свежий фиксатор еще на 18 ч при 4°С. После фиксации образцы промывали 3 раза по 10 мин соответственно в 0,1 М Na-какодилате (pH 7,4) с последующей постфиксацией в 1% четырехокиси осмия (OsO 4 ) в течение 2 ч при 4°С.После дополнительных этапов промывки (3 раза по 10 мин 0,2 М раствором Na-какодилата, рН 7,4) образцы обезвоживали в возрастающих концентрациях этанола, затем переносили в устройство критической точки (Bal-Tec CPD 030, Лихтенштейн) и сушили с помощью CO 2. . После установки на алюминиевые заглушки с помощью CCC (Conductive Carbon Cement, Plano GmbH, Ветцлар, Германия) образцы покрывали в установке для напыления (Balzers SCD 030, Лихтенштейн) 5-нм золото-палладием для повышения проводимости. Образцы исследовали на рабочей станции FESEM Auriga TM Crossbeam (Zeiss, Йена, Германия).Изображения анализировали и обрабатывали с помощью программного обеспечения Image J (http://imagej.nih.gov/ij).

    Световая микроскопия

    Вскрытие личинок третьего возраста проводили в фосфатно-солевом буфере (PBS). После фиксации в 3,7% формальдегиде (Merck, Дармштадт, Германия) в PBS в течение 30 минут головы промывали семь раз в PBT (PBS с 3% Triton-X 100, Sigma-Aldrich, Сент-Луис, Миссури). Затем добавляли 5% нормальную козью сыворотку (Vector Laboratories, Burlingame, CA) в PBT на 2 часа. Первичное антитело наносили на 2 дня при 4°С.Затем образцы шесть раз промывали PBT. Вторичное антитело наносили на 2 дня при 4°C, и образцы восемь раз промывали ФБТ. Наконец, образцы помещали в Vectashield (Vector Laboratories, Burlingame, CA) между двумя покровными стеклами и хранили при 4°C в темноте.

    Anti-elav [Anti-elav mouse, DHSB (Iowa City, IA), 1:100] служил для визуализации ядер нейронов на периферии. В качестве вторичного антитела использовали IgG Alexa Fluor 647 (козий антимышиный IgG Alexa Fluor 647 A21236; Molecular Probes, 1:200).Изображения были получены с использованием конфокального микроскопа Zeiss LSM510 с масляным иммерсионным объективом 25X. Стеки изображений были спроектированы и проанализированы с помощью программного обеспечения Image J (http://imagej.nih.gov/ij). Photoshop (Adobe Systems Inc., Сан-Хосе, Калифорния) использовался для регулировки контрастности и яркости, а также для поворота и организации изображений.

    Визуализация кальция

    Для экспериментов по визуализации кальция использовались личинки третьего возраста, несущие генетически закодированный датчик кальция UAS-GCaMP6m в парах нейронов D1 (через Gr93a-Gal4 ) и D2 (через Gr33a-Gal4 ). Личинок готовили следующим образом: сначала удаляли две трети каудальной части тела личинки, чтобы уменьшить движения тела. Сохранилась только ростральная часть, включая ротовые крючки и глотку. Кутикула головы была открыта дорсально, чтобы улучшить видимость GRN. Препарат фиксировали миниатюрными иглами для обеспечения визуального доступа с дорсального направления к DPS и промывали в солевом растворе Drosophila (130 мМ NaCl, 36 мМ сахарозы, 5 мМ KCl, 5 мМ HEPES, 2 мМ CaCl 2 , и 2 мМ MgCl 2 , рН 7.3). Движения ротовых крючков и переднего отдела тела в этих препаратах не полностью упразднялись, а в значительной степени уменьшались. Кальциевые ответы пары нейронов D1 на кофеин (25 мМ), денатоний (10 мМ), хинин (5 мМ), теобромин (25 мМ), канавинин (12,5 мМ), салицин (12,5 мМ) и фруктозу (25 мМ). mM) регистрировали с помощью микроскопа Zeiss Axio Examiner D1 (Zeiss, Йена, Германия), оснащенного водно-иммерсионным объективом Zeiss (Zeiss W»PlanApochrom» DIC VIS-IR, 40X/1,0; Zeiss, Йена, Германия). Возбуждающий свет обеспечивался модулем LED-Colibri с длиной волны 470 нм. Интенсивность возбуждающего света регулировали для каждой личинки в диапазоне от 5 до 10%, чтобы получить аналогичные базовые значения флуоресценции. Эмиссия света регистрировалась с помощью камеры Axiocam 506 (Zeiss, Йена, Германия). Кадры изображения были получены с частотой кадров ~ 4 Гц.

    Приложение для вкусовых стимулов

    вкусовых стимула (растворенных в физиологическом растворе дрозофилы ) применяли с помощью изготовленного на заказ вкусометра с клапанами, управляемыми компьютером, в проточную камеру.Протоколы применения стимулов начинались с постоянного потока физиологического раствора в течение 30 с, чтобы можно было регистрировать фоновую флуоресценцию. Затем применяли вкусовые стимулы в постоянном потоке в течение 20 с, после чего применяли вкусовые стимулы в ванне в течение 20 с без потока. Наконец, препарат промывали физиологическим раствором в течение 80 с перед остановкой записи.

    Анализ данных

    Во-первых, записи визуализации кальция были скорректированы с учетом артефактов бокового движения. Используя функцию «Выровнять фрагменты в стеке» в программе Image J (http://imagej.nih.gov/ij). После этого из соматов извлекали кривые времени реакции кальция путем выбора интересующей эллиптической области (ROI). Движение в направлении z, когда нейрон покидал фокальную плоскость, наблюдалось по мере сильного снижения флуоресценции в записях и на полученных временных трассах. Эти артефакты перемещения по оси z не были исправлены и не были видны в окончательных усредненных значениях нескольких животных. Ответы рассчитывали как относительное изменение флуоресценции ΔF/F = (Fi − F0)/F0 [где Fi — значение флуоресценции в каждый момент времени (i) во время записи, а F0 — среднее значение кадров 60–99 до применения стимула. ].Животные были объединены в пул в соответствии с их генотипом и типом вкусового стимула. Показаны кривые среднего времени со стандартными ошибками.

    Задержка ответа (показана в секундах после начала стимула) рассчитывалась как продолжительность после начала стимула, при которой было достигнуто 10% от максимального сигнала ΔF/F. Задержку ответа рассчитывали для каждого отдельного животного. Затем животных объединяли в соответствии с их генотипом для отображения среднего значения и стандартной ошибки среднего. Критерий суммы рангов Уилкоксона был выполнен для проверки значимости между генотипами.

    Результаты

    При воздействии кофеина

    Дрозофила Личинки начинают избегающее поведение, подавляют питание, создают неприятные обонятельные ассоциации и умирают раньше
    Выбор поведения, зависящий от кофеина

    Во-первых, мы оценили, привлекают ли наивные личинки дикого типа (WTCS) кофеин или избегают его (Niewalda et al., 2008; Schipanski et al., 2008; El-Keredy et al., 2012; Rohwedder et al., 2012). ). На контрольных чашках Петри только с чистой агарозой личинки распределялись случайным образом (рис. 1А).Когда группы личинок помещали на половинные тестовые чашки, одна половина которых содержала чистую агарозу, а другая половина содержала агарозу с кофеином в концентрациях от 0 до 500 мМ, личинки избегали кофеиновой стороны. Увеличение концентрации кофеина привело к увеличению избегания среды, содержащей кофеин, с максимальным ответом при 50 мМ (рис. 1А). Поэтому в большинстве экспериментов была выбрана концентрация 50 мМ. Обратите внимание, что избегание при 500 мМ немного снижается.Причиной может быть вредное воздействие высоких концентраций кофеина или инициирование более ненаправленной реакции бегства, которая также наблюдалась при высоких концентрациях агарозы (Apostolopoulou et al., 2014b).

    Рис. 1. Дрозофила личинки воспринимают кофеин как раздражитель, вызывающий отвращение. (A) Личинки дикого типа избегают кофеина в концентрациях от 0,5 до 500 мМ дозозависимым образом ( n = 15–16 для каждой концентрации; p = 0. 4953 для 0 мМ, p = 0,0024 для 0,5 мМ, p = 0,0006 для 5 мМ, p = 0,0007 для 50 мМ и p = 0,0007 для 500 мМ кофеина). (B) Кормление субстратом, содержащим 50 мМ кофеина (красная рамка), значительно ниже по сравнению с базовым уровнем кормления чистой агарозной подложкой (синяя рамка; n = 15–16; p = 2 * 10 −6 ). Тем не менее, они потребляли небольшое количество кофеинсодержащей пищи (при тестировании против нуля p = 0.0005 и 0,0007 для 0 и 50 мМ кофеина соответственно). Сплошная линия указывает среднее поглощение при 0 мМ кофеина. Пунктирная линия указывает на нулевую абсорбцию и, следовательно, на отсутствие кормления. (C) Кофеин может действовать как отрицательное подкрепление в ассоциативной обонятельной обусловленности ( n = 16; p = 0,0097). (D) Выживаемость личинок дикого типа на агарозном субстрате, содержащем 50 мМ кофеина (красный), снижена по сравнению с выживаемостью на чистом агарозном субстрате (синий; n = 15). Различия между группами представлены на соответствующих диаграммах в (B) . Различия со средним значением 0 показаны выше [в (A) и (C) ] или ниже [в (B) ] каждой коробчатой ​​диаграммы. нс недостоверные р > 0,05, ** р < 0,01 или *** р < 0,001; маленькие кружки обозначают выбросы.

    Кормление

    Мы оценили, изменилось ли питание личинок на агарозе, содержащей 50 мМ кофеина, по сравнению с контрольной средой, состоящей только из чистой агарозы (рис. 1В).В этих экспериментах у личинок не было выбора субстрата, но им разрешалось поедать его в разном количестве (Niewalda et al., 2008; Schipanski et al., 2008; El-Keredy et al., 2012; Rohwedder et al. ., 2012). Количество потребляемого субстрата оценивали, добавляя в корм краситель (см. раздел «Методы»). Хотя личинки избегали употребления кофеина, когда у них был выбор (рис. 1А), они потребляли кофеинсодержащую пищу в ситуации отсутствия выбора. Однако личинки потребляли значительно меньше субстрата, содержащего 50 мМ кофеина, по сравнению с контролем (рис. 1В).

    Ассоциативное обонятельное обучение

    Почувствовав запах вместе с высокой концентрацией соли или хинина, личинки дрозофилы учатся избегать этого запаха в более позднем тесте; следовательно, эти вкусовые стимулы могут использоваться в качестве негативных подкреплений (безусловный стимул, США; Gerber and Hendel, 2006; Niewalda et al., 2008; Selcho et al., 2009; Schleyer et al., 2011; El-Keredy et al. , 2012; Apostolopoulou et al., 2014a). На сегодняшний день не было проверено, имеет ли кофеин аналогичную функцию для личинок.Мы обучали личинок, представляя один запах с 50 мМ кофеина и второй запах с чистой агарозой. В последующем тесте личинки могли выбирать между двумя запахами в присутствии кофеина. Личинки избегали запаха, который ранее сочетался с кофеином, что указывает на то, что в этих условиях 50 мМ кофеина выполняли отрицательную усиливающую функцию (рис. 1C и дополнительная рис. 1B). В дополнительных экспериментах мы обнаружили, что концентрация агарозы влияла на поведенческий результат (см. также Apostolopoulou et al., 2014б). Когда концентрация агарозы была снижена, эффект обучения уменьшился (дополнительная фигура 1), что указывает на взаимодействие между концентрацией кофеина и агарозы, возможно, связанное с жесткостью субстрата.

    Выживание

    Мы измерили выживаемость личинок на кофеине, поместив личинок первого возраста во флаконы, содержащие 50 мМ кофеина, смешанного с агарозой в качестве их единственного источника пищи (рис. 1D; Rohwedder et al., 2012; Apostolopoulou et al., 2014a). По сравнению с контрольными животными во флаконах с чистой агарозой экспериментальные личинки, получавшие 50 мМ кофеина, показали снижение выживаемости.После 3-го дня выживших на кофеине не осталось, тогда как на чистой агарозе выжившие все еще присутствовали после 5-го дня (рис. 1D).

    Таким образом, наши результаты показывают, что личинки воспринимали кофеин как отрицательный стимул. Личинки избегали и меньше питались субстратом, содержащим кофеин, они демонстрировали отталкивающее обонятельное обучение и раньше умирали.

    Идентификация драйверных линий

    Gal4 , которые экспрессируются в одиночных вкусовых нейронах

    Как личинки дрозофилы воспринимают кофеин? Существуют ли определенные GRN, которые реагируют на кофеин? Во-первых, мы визуализировали внешние органы чувств (рис. 2А) с помощью сканирующей электронной микроскопии (СЭМ, рис. 2В).DO на кончике головы личинки представляет собой заметную многопористую структуру кутикулы и главный орган обоняния. Сенсиллы, окружающие купол DO, могут выполнять вкусовые и другие сенсорные функции. TO расположен в непосредственной близости, вентральнее DO, и его сенсиллы реагируют на различные модальности, включая вкусовые ощущения (Singh and Singh, 1984; Oppliger and Vlimant, 2000; Python and Stocker, 2002; Apostolopoulou et al., 2014а; Ким и др., 2016; ван Гизен и др., 2016 г.; Рисунок 2Б). VO расположен на вентральной стороне головных долей, прикрыт рядом усиков. Он может также выполнять вкусовые и механосенсорные функции (рис. 2В; Singh and Singh, 1984; Python and Stocker, 2002). Во-вторых, мы визуализировали отдельные соматы, расположенные в ганглиях внешних и глоточных органов чувств, с помощью световой микроскопии с использованием антитела против элава (рис. 2С; Gendre et al., 2004). Эти органы служили эталоном для изучения паттернов экспрессии нейронов различных линий Gr-Gal4 во всем наборе пар GRN (рис. 2A, D).Подтверждена экспрессия UAS- mCD8::GFP (Ito et al., 1998) через две драйверные линии Gr66a-Gal4 и Gr33a-Gal4 (Kwon et al., 2011; Weiss et al., 2011). что они коэкспрессировались в 12 парах GRN. Было высказано предположение, что эти 12 пар представляют весь набор нейронов личиночных горьких рецепторов. Это были: (i) две пары B1 и B2 в дорсолатеральной группе сенсилл ТО, (ii) четыре пары C1–C4 в дистальной группе сенсилл ТО, (iii) две пары D1 и D2 в ДПС, ( iv) две пары E1 и E2 в VPS, (v) две пары F1 и F2 в PPS (подробное анатомическое описание дано на рисунках 2A, D и дополнительных рисунках 2A, B). Что касается одиночных GRN, мы обнаружили, что Gr10a-Gal4 экспрессируется в нейронах B2, Gr36c-Gal4 экспрессируется в нейронах C1, Gr94a-Gal4 экспрессируется в нейронах C2 и Gr97a-Gal4 экспрессируется в нейронах C3. нейроны (Kwon et al., 2011; Apostolopoulou et al., 2014a; дополнительные рисунки 2C – F). Gr57a-Gal4 и Gr59d-Gal4 маркировали нейроны C2 и C3 и нейроны C1, C2 и C4 соответственно (Kwon et al., 2011; Apostolopoulou et al., 2014a).Обе эти последние линии обнаруживают дополнительную экспрессию в глоточной сенсорной системе, которая далее не анализировалась (Kwon et al., 2011). Gr93a-Gal4 , скрещенный с UAS- mCD8::GFP , пометил одну пару нейронов D1 (дополнительный рисунок 2G) плюс два нейрона обонятельных рецепторов (ORN) в каждом DO, которые проецировались на два клубочка антеннальной доли (дополнительный рисунок). 2Н, см. стрелки). Обратите внимание, что при использовании Gr33a-Gal4 было невозможно различить отдельные GRN в одном и том же кластере (B1 и B2; C1–C4; D1 и D2; E1 и E2; F1 и F2). Идентификация отдельных GRN в Gr10a-Gal4, Gr36c-Gal4, Gr94a-Gal4, Gr97a-Gal4, Gr57a-Gal4, Gr59d-Gal4 и Gr93a-Gal4 подтверждена на основании данных Kwon et al. (2011).

    Рисунок 2. Одна пара глоточных GRN, расположенных в DPS, необходима для кофеинозависимого выбора. (A) Схематическая диаграмма вкусовой системы личинок с изображением внешних (DO, дорсальный орган; TO, терминальный орган; VO, вентральный орган) и внутренних органов вкуса (DPS, дорсальный глоточный орган чувств; VPS, вентральный глоточный орган чувств; PPS) , задний глоточный орган чувств), их соответствующие ганглии (DOG, TOG, VOG) и их соединения (AN, антеннальный нерв, LN, лабральный нерв, MN, верхнечелюстной нерв, LBN, губной нерв) с подпищеводным ганглием (SOG, модифицированный из Python and Stocker, 2002). (B) Изображение головы личинки, полученное с помощью сканирующего электронного микроскопа с высоким разрешением, показывающее DO, TO, VO и ротовые крючки (MH). Верхняя вставка: детальный вид DO и TO. Нижняя вставка: детальный вид ВО. ВО располагается за двумя рядами усиков. Шкала баров: 20 мкм, верхняя вставка: 15 мкм, нижняя вставка: 2 мкм, (C) Световая микроскопия: дорсальный вид области головы личинки, который показывает DO, TO и DPS. Вентральные глоточные сенсиллы и задние глоточные сенсиллы скрыты под глоткой и не видны.DOG и TOG визуализируются путем маркировки всех нейронов с использованием маркера антиэлав (пурпурный). Масштабная линейка: 100 мкм. (D) Схематическая организация набора из 12 горьких GRN, которая используется для обобщения паттерна экспрессии линии Gal4 ниже. (E–M) Скрининг для выявления чувствительных к кофеину GRN, которые определяют поведение личинок при выборе. На левых панелях показано схематическое изображение 12 горьких нейронов ТО (B1, B2, C1–C4), DPS (D1 и D2), VPS (E1 и E2) и PPS (F1 и F2).На панелях справа показаны результаты кофеинозависимого поведения выбора после удаления GRN, отмеченных красным, через индуцирующие апоптоз гены hid и rpr . Контрольные генотипы показаны серым цветом, экспериментальные группы в центре красным. Удаление всех 12 пар GRN полностью устраняет кофеинозависимое поведение выбора (E,F : p = 0,3635 и 0,1092 соответственно), тогда как в обоих случаях группы генетического контроля избегают кофеина [in (E) p = 0.0011 для контроля Gal4 и p = 0,0211 для контроля UAS; в (F) p = 0,0131 для контроля Gal4 и p = 0,0211 для UAS-контроля]. Такая же потеря зависимого от кофеина поведения выбора наблюдается при специфической абляции пары D1 GRN ( p = 0,9499 по сравнению с уровнями случайности, p = 2 * 10 -5 по сравнению с контрольной группой Gal4 и p = 0,0051 по сравнению с контрольной группой Gal4). к УАС- hid,rpr control) (M) .Никаких изменений в поведении выбора не было обнаружено при абляции только B2 (G) , C1 (H) , C2 (I) , C3 (J) , C2 и C3 (K) или C1, C2 и C4 (L) GRN ( p = 0,1406 при сравнении Gr10a/UAS- hid,rpr с контролем Gal4 и p = 0,0022 по сравнению с контролем UAS; для всех остальных экспериментов между тремя группами не было разницы: p = 0,1349 для Gr36c, p = 0. 0574 для Gr94a, p = 0,0504 для Gr97a, p = 0,1035 для Gr57a и p = 0,2142 для Gr59d). Размер выборки для каждой группы n ≥ 14; Значения относительно среднего значения 0 даны внизу каждой панели в (E-M) . Значения между экспериментальными группами изображены над соответствующими диаграммами в (E-M) . нс недостоверные p > 0,05, * p < 0,05, ** p < 0,01 и *** p < 0.001. Маленькие кружки обозначают выбросы. Обратите внимание, что в (E) и (F) для управления БПЛА показаны одни и те же данные. То же самое верно для (G–J) и (L) .

    TO-нейроны не нужны для отказа от кофеина

    Чтобы проанализировать, необходимы ли какие-либо из вышеописанных GRN для восприятия кофеина, мы скрестили каждую линию Gal4 с UAS- hid,rpr . Эктопическая экспрессия hid и rpr индуцировала апоптоз посредством активации каспазы (White and Steller, 1995; White et al. , 1996; Курада и Уайт, 1998). Мы протестировали экспериментальных личинок и соответствующие им контроли на поведение, зависящее от кофеина. Как для Gr66a-Gal4 , так и для Gr33a-Gal4 мы обнаружили, в отличие от генетического контроля, что удаление полного набора из 12 пар GRN полностью устраняло зависимое от кофеина избегание (рис. 2E, F). Эти результаты предполагают, что по крайней мере одна из этих 12 пар GRN была необходима для того, чтобы вызвать поведение избегания кофеина.

    Удаление нейронов B2 (Gr10a, рис. 2G), C1 (Gr36c, рис. 2H), C2 (Gr94a, рис. 2I) или C3 (Gr97a, рис. 2J) в ТО не повлияло на избегание кофеина личинками.Удаление нескольких пар нейронов TO, таких как C2 и C3 (Gr57a, рис. 2K) или C1, C2 и C4 вместе (Gr59d, рис. 2L), также не повлияло на избегание кофеина личинками. Таким образом, мы делаем вывод, что эти комбинации GRN в ТО могут не быть необходимыми для зависимого от кофеина поведения выбора, хотя мы не можем исключить, что у отдельных животных всегда удаляется каждый GRN и что удаление отдельных GRN может привести к тревожным побочным эффектам в целом. К.

    Избегание кофеина опосредовано одной парой нейронов D1 в DPS

    Чтобы исследовать роль сенсорных нейронов глотки в восприятии кофеина, мы скрестили Gr93a-Gal4 с UAS- hid,rpr , чтобы вызвать апоптоз в паре нейронов D1 DPS (плюс две пары ORN).Полученные личинки не проявляли никакого поведения избегания кофеина (рис. 2M), но были способны избегать хинина (дополнительная рис. 3), что позволяет предположить, что в этом поведенческом контексте чувствительность к кофеину была отменена.

    Поскольку Gr93a-Gal4 дополнительно пометил две пары ORN, а также было обнаружено, что он экспрессируется в третьем сегменте усиков взрослой особи Drosophila (Menuz et al., 2014), мы проверили, способствует ли обоняние поведенческой реакции на кофеин. Во-первых, мы проверили, может ли кофеин действовать как обонятельный, а не вкусовой стимул в этом анализе (Huser et al., 2012; Селчо и др., 2014; Роведдер и др., 2016). Личинок помещали на агарозную тестовую пластину с контейнером, содержащим 50 мМ кофеина, с одной стороны, и вторым контейнером, не содержащим кофеин, с другой стороны. Контейнер предотвращал прямой контакт органов вкуса с кофеином. Поскольку личинки случайным образом распределялись на тестовой пластине (дополнительная фигура 4A), мы утверждали, что личинки не чувствуют запаха 50 мМ кофеина. В качестве второго контрольного эксперимента мы использовали мутант Orco , который демонстрирует нормальное вкусовое поведение, но не реагирует на широкий спектр запахов (Larsson et al., 2004). В соответствии с предыдущими результатами (Kim et al., 2016), мутантных личинок Orco показали хорошие результаты в анализе кофеин-зависимого выбора (дополнительная фигура 4B). Поскольку у личинок все ORN коэкспрессируют Orco , мы заключаем, что ORN не вносят вклад в поведение выбора, зависящее от кофеина. Следовательно, мы заключаем, что единственная Gr93a-Gal4 положительная пара вкусовых нейронов (D1) в DPS была необходима для выражения избегания кофеина (рис. 2M).

    Нейроны D1 реагируют на горькие вещества, включая кофеин

    Если нейроны Gr93a опосредуют отвращение к кофеину, они должны реагировать на кофеин физиологически. Чтобы проверить эту гипотезу, мы экспрессировали сенсор кальция GCaMP6m под контролем Gr93a-Gal4 (Chen et al., 2013) и разработали метод регистрации увеличения внутриклеточного кальция до стимуляции горького вещества в клетках DPS (рис. 3A). . Мы обнаружили, что 25 мМ кофеин вызывает сильное увеличение внутриклеточного кальция в нейроне D1 (рис. 3B, C: кофеин 1 показывает первоначальный ответ клетки на кофеин; кофеин 2 показывает ответ той же клетки на вторую стимуляцию после дополнительной промывки). шаг).Кроме того, мы обнаружили кальциевые ответы нейрона D1 при стимуляции денатонием (10 мМ), хинином (5 мМ) и теобромином (25 мМ). Все эти реакции были отсрочены по сравнению с реакциями, зависимыми от кофеина, что свидетельствует о некоторых различиях в чувствительности или механизме передачи. Не было обнаружено кальциевых ответов с канавинином (12,5 мМ), салицином (12,5 мМ) или фруктозой (25 мМ; рис. 3C). Сообщалось, что все вещества, кроме фруктозы, имеют горький вкус (König et al. , 2014; Kim et al., 2016). В опубликованных поведенческих исследованиях личинки избегают только денатония, хинина и канавинина, но не реагируют на теобромин и салицин (König et al., 2014; Kim et al., 2016). Таким образом, избегание денатония и хинина также может быть опосредовано D1, в то время как другие нейроны должны отвечать за избегание канавинина. Однако вызывает недоумение тот факт, что D1 реагировал на теобромин, но животные не избегали его (Kim et al., 2016). Таким образом, дальнейшая работа должна решить, как физиологический ответ отдельных пар GRN коррелирует с избегающим поведением личинки.

    Рис. 3. Фарингеальная пара D1 GRN реагирует на стимуляцию кофеином. (A) Схематическое изображение препарата, используемого для визуализации кальция. Расположение органа DPS выделено зеленым цветом. MH, ротовые крючки; ЦНС, центральная нервная система. Красной линией обозначено место разреза препарата (Б) Повышение кальция глоточных D1-нейронов Gr93a-Gal4; UAS- GCaMP6m личинок при стимуляции кофеином регистрировали по мере увеличения флуоресценции. На панели представлены необработанные флуоресцентные изображения до и во время применения кофеина (25 мМ) в одном препарате личинки в виде морфологических изображений (верхний ряд) и соответствующие изображения с кодировкой ложного цвета ΔF/F (нижний ряд). (C) Кофеин (25 мМ) индуцировал сильные кальциевые ответы глоточного D1-нейрона (красная временная кривая), даже при повторном введении препарата после тщательного промывания (желтая временная кривая). Денатоний (10 мМ, светло-зеленый след), хинин (5 мМ, темно-зеленый след) и теобромин (25 мМ, светло-синий след) также индуцировали кальциевые ответы нейрона D1.Напротив, канавинин (12,5 мМ, темно-синий), салицин (12,5 мМ, фиолетовый след) и фруктоза (25 мМ, пурпурный след) не вызывали никаких ответов. Ответы представлены как относительная сила ответа ΔF/F ( n = 39, 12, 7, 11, 6, 7, 8 и 38 соответственно; в каждой группе использовались разные животные, отдельные животные использовались для нескольких стимулов. ). Темно-серые полосы под каждой кривой указывают на поток стимулирующего раствора в камеру для нанесения. Светло-серая полоса показывает, когда стимулирующий раствор находился в камере для нанесения без потока.Во все остальные моменты времени солевой поток через камеру вымывал вкусовые раздражители. Солевой буфер не вызывал никаких нейронных ответов.

    Нейроны D1 необходимы для обучения, вызванного кофеином

    Предоставляют ли Gr93a-Gal4 положительные нейроны D1 сенсорную информацию о кофеине как отрицательном подкреплении? Чтобы ответить на этот вопрос, мы удалили либо весь набор из 12 пар горьких нейронов с помощью Gr33a-Gal4 ; UAS- hid,rpr , либо одну пару нейронов D1 с помощью Gr93a-Gal4 ; UAS- hid. руб.Подопытные личинки не научились избегать запаха, связанного с кофеином (рис. 4А, Б). Напротив, контрольные группы Gal4 и UAS- hid,rpr в обоих экспериментах были способны образовывать ассоциации запах-кофеин (рис. 4А, В). Поскольку эта манипуляция оставила нетронутой обработку запахов, относящуюся к задаче (дополнительная фигура 5), мы пришли к выводу, что нейроны D1 были необходимы для подачи сигнала о наказании кофеином у личинок.

    Рисунок 4. Одна пара фарингеальных D1 GRN необходима для обучения, усиленного кофеином, но не требуется для питания, зависящего от кофеина.(A,B) Ассоциативное обонятельное обучение: Генетическая абляция Gr33a-Gal4 — или Gr93a-Gal4 -позитивных GRN посредством генов, индуцирующих апоптоз Гр33а р = 0,1591, для Гр93а р = 0,5282). Размер выборки для каждой группы составляет n ≥ 15. (C,D) Кормление: Генетическая абляция Gr33a-Gal4 — или Gr93a-Gal4 -позитивных GRN через индуцирующие апоптоз гены 05r 06 и hid не восстанавливает питание на 50 мМ кофеиновом субстрате до базовых уровней питания на чистом агарозном субстрате ( p = 10 -5 для Gr33a -Gal4/UAS- hid,rpr и p = 1. 7750 * 10 -05 для Gr93a-Gal4/UAS- hid,rpr по сравнению с контролями дикого типа), что позволяет предположить, что эти GRN не контролируют питание в этом контексте. Небольшое, но значительное увеличение питания было обнаружено при удалении всех двенадцати пар GRN ( p = 0,0011 по сравнению с контролем Gal4, p = 0,0025 по сравнению с контролем UAS- hid,rpr ) (C) . Это не имело место для пары GRN глотки D1 ​​( p = 1,7750 * 10 -05 по сравнению с контролями дикого типа, p = 0.9668 по сравнению с контролем Gal4 и p = 0,0025 по сравнению с контролем UAS- hid,rpr ) (D) . Размер выборки для каждой группы n ≥ 12. Значения относительно среднего значения 0 приведены внизу каждой панели в (A) и (B) . Значения между экспериментальными группами изображены над соответствующими диаграммами в (C) и (D) . нс недостоверно р > 0,05, * р < 0.05, ** p < 0,01 и *** p < 0,001. Маленькие кружки обозначают выбросы.

    Нейроны D1 не нужны для питания, зависящего от кофеина

    Нужны ли нейроны D1 для восприятия кофеина в других поведенческих контекстах, особенно во время еды? Личинки Drosophila ели небольшое количество кофеинсодержащей пищи, когда у них не было другого выбора (рис. 1B). Это позволило нам задаться вопросом, были ли нейронов Gr93a-Gal4 D1 также необходимы для подавления кормления, вызванного кофеином, или может ли существовать дополнительный канал, чувствительный к кофеину, необходимый для кормления.

    Абляция 12 пар нейронов Gr33a-Gal4 лишь незначительно увеличивала потребление субстрата, содержащего 50 мМ кофеина, по сравнению с обоими генетическими контролями (рис. 4C). Количество потребленного субстрата, содержащего кофеин, было явно снижено по сравнению с исходным кормлением агарозным субстратом без кофеина (рис. 4C). Затем мы проверили пищевое поведение на кофеинсодержащих субстратах личинок, у которых удалены нейроны D1. Не было явного влияния на кормление (рис. 4D).Показатели личинок без нейронов D1 были аналогичны контрольным личинкам Gal4, но отличались от контрольных личинок UAS- hid,rpr . Количество потребленного субстрата, содержащего кофеин, было явно снижено по сравнению с исходным кормлением агарозным субстратом без кофеина. Наши данные свидетельствуют о том, что пара нейронов D1 не требуется для кофеин-зависимого избегания кормления, в отличие от того, что наблюдается в случае кофеин-зависимого поведения выбора и кофеин-зависимого обучения. Другие нейроны в группе Gr33a частично способствовали избеганию потребления кофеина, даже если они не участвовали в поведении выбора.Кроме того, поскольку этот эффект не был полным, это предполагает, что другие, до сих пор не идентифицированные механизмы способствуют подавлению аппетита, вызванному кофеином.

    Кофеиновый рецептор, вероятно, представляет собой гетеромультимер

    нейрона Gr93a коэкспрессируют по крайней мере генов рецепторов Gr66a и Gr33a (Kwon et al. , 2011). Но как эти рецепторы способствуют восприятию кофеина? Взрослые мухи, у которых отсутствует один из генов рецепторов Gr66a, Gr33a или Gr93a , демонстрируют нарушение избегания кофеина и отсутствие электрофизиологических реакций на кофеин (Moon et al., 2006, 2009). Таким образом, мы оценили мутанты гена рецептора Gr66aex83 (Moon et al., 2006) и Gr33a1 (Moon et al., 2009) в анализе зависимости выбора от 50 мМ кофеина. Оба мутанта показали меньшее избегание кофеина по сравнению с контрольными личинками w1118 (рис. 5А). Однако они показали значительное остаточное поведение выбора, зависящее от кофеина, отличное от случайного распределения (рис. 5А). Личинки, несущие двойную мутацию Gr33a1; Gr66aex83 для обоих генов рецепторов были совершенно неспособны избегать кофеина и, соответственно, вели себя иначе, чем контрольные личинки (рис. 5В).Кроме того, мы протестировали мутантных личинок гена рецептора Gr93a3 (Lee et al., 2009), которым не удалось избежать кофеина (рис. 5C). Следовательно, для определения кофеина были необходимы Gr93a, Gr66a и Gr33a . Gr66a и Gr33a , однако, могли частично компенсировать потери друг друга.

    Рисунок 5. Рецепторные гены Gr66a , Gr33a и Gr93a необходимы для зависимого от кофеина поведения выбора.(А) GR66A и GR66A и GR33A и GR33A Receptor GR33A Mutrants ( GR66AEX83 и GR33A1 , соответственно) показать поведение пониженного кофеина, зависящее от кофеина по сравнению с личинками управления W1118 ( p = 0,0061 для gr66ex83 и p = 0,0044 для Gr33a1 ), но по-прежнему может избегать кофеина ( p = 0,0061 для Gr66ex83 и p = 0,0021 для Gr0036 уровней шанса). (b) GR33A1; Gr66aex83 Двойные мутанты не показывают никакого поведения, зависящего от кофеина ( р = 0,4124 против уровня вероятности и p = 0,0046 для гр33a1; gr66aex83 по сравнению с W1118 ). (C) Мутантные личинки гена рецептора Gr93a (Gr93a3) не проявляют поведения, зависящего от кофеина, при выборе ( p = 0,7474). Размер выборки для каждой группы составляет 90 005 n 90 006 ≥ 11 опытов по 30 личинок в каждом. Значения по отношению к среднему значению 0 приведены внизу каждой панели.Различия между экспериментальными группами изображены над соответствующими диаграммами; нс недостоверные p > 0,05, ** p < 0,01 и *** p < 0,001. Маленькие кружки обозначают выбросы.

    Чтобы определить, как Gr93a, Gr66a и Gr33a вносят вклад в физиологический ответ нейрона D1, мы проанализировали зависимые от кофеина кальциевые ответы (25 мМ) нейрона D1 на фоне дикого типа в гомозиготном Gr93a3 мутантного фона и в гомозиготном Gr33a1 мутантном фоне (рис. 6).Все группы продемонстрировали сильную реакцию после применения кофеина, но их временные характеристики различались: без функционирующего гена Gr93a начало реакции на кальций задерживалось и быстрее возвращалось к исходному уровню (рис. 6А, В). Таким образом, функция гена Gr93a была необходима для правильного физиологического ответа нейрона D1.

    Рисунок 6. Gr93a Экспрессия гена рецептора в фарингеальном D1-нейроне необходима для получения надлежащих зависимых от кофеина реакций.(A) Профили ответа глоточного D1-нейрона при стимуляции 25 мМ кофеином у личинок дикого типа (фиолетовый), Gr93a3 фоновых мутантных личинок (оранжевый) и Gr33a1 фоновых мутантных личинок (серый). С этой целью мы ввели Gr93a-Gal4; UAS-GCaMP6m на три разных генетических фона. Мутанты Gr93a3 демонстрировали отсроченный ответ на кофеин, который быстро исчезал по сравнению с личинками дикого типа и мутантными личинками Gr33a1 . Ответы наносили на график как относительную силу ответа ΔF/F ( n = 8, 6, 8 соответственно).Серые полосы указывают на стимуляцию, как на рисунке 3. (B) Подробная оценка задержки ответа в секундах трех измерений, показанных в (A). Задержку ответа рассчитывали как время, которое проходит от начала действия стимула до достижения 10% максимального ответа ΔF/F. Гистограммы показывают среднюю задержку ответа тех же животных, что и в (А). Различия между экспериментальными группами изображены над соответствующими диаграммами; нс незначимо p > 0,05, * p < 0,05 проверено с помощью критерия суммы рангов Уилкоксона.(C) В отличие от глоточного D1-нейрона, не наблюдалось ответа на 25 мМ кофеина для глоточного D2-нейрона в Gr33a-Gal4 ; UAS- GCaMP6m личинок. Увеличение флуоресцентного света, наблюдаемое в D2, похоже на увеличение в контрольной фоновой области в такой же близости к D1. Количество проанализированных нейронов: n = 18, 12 и 10 соответственно. (D) Эктопическая экспрессия гена рецептора Gr93a в D2 недостаточна, чтобы вызвать кофеин-зависимый ответ.Нейроны D1 были активированы кофеином, но нейроны D2 продемонстрировали аналогичный ответ на контрольную область в Gr33a-Gal4; УАС- Гр93а; UAS- GCaMP6m личинки. Количество проанализированных нейронов: n = 16, 6 и 5 соответственно.

    Заметив, что Gr93a необходим, мы затем спросили, достаточно ли этого гена, чтобы обеспечить GRN функцией, отвечающей на кофеин. Мы экспрессировали UAS- GCaMP6m через Gr33a-Gal4 . Gr33a-Gal4 управлял экспрессией сенсора кальция в паре нейронов D1 DPS, которая реагировала на кофеин (рис. 3B, C, 6C), а также в паре нейронов D2, которая не реагировала на кофеин (рис. 6C и дополнительная фигура 6).Увеличение флуоресценции, обнаруженное в D2, было полностью обусловлено рассеянным светом от клетки D1, как показано при сравнении с немеченым участком ткани. Сообщалось, что нейроны D2 совместно экспрессируют гены Gr33a и Gr66a , но не ген Gr93a (Kwon et al., 2011). Затем мы использовали Gr33a-Gal4 для управления как UAS- GCaMP6m , так и UAS- Gr93a , тем самым сверхэкспрессируя ген рецептора Gr93a в нейронах D1 и искусственно экспрессируя его в нейронах D2. Однако в то время как D1 давал повышенные ответы по сравнению с фоном дикого типа, предполагая, что Gr33a-Gal4 был достаточно сильным, чтобы вызвать физиологические эффекты экспрессии Gr93a, D2 не продемонстрировал никакого кофеин-зависимого увеличения кальция (рис. 6C, D). . Мы пришли к выводу, что функция гена Gr93a была недостаточной, чтобы обеспечить GRN способностью физиологически реагировать на кофеин, даже на положительном фоне Gr33a и Gr66a , что позволяет предположить, что для функционального белка рецептора кофеина потребуются дополнительные компоненты. сложный.

    Обсуждение

    Обработка глоточного вкуса у личинок

    Анализ обработки горького вкуса у личинок дрозофилы , как и у взрослых особей, фокусируется почти исключительно на внешней сенсорной системе [(Kwon et al., 2011; Mishra et al., 2013; Alves et al., 2014; Apostolopoulou et al., 2014a; König et al., 2014; Kim et al., 2016; van Giesen et al., 2016) для взрослой глоточной системы см. LeDue et al., 2015]. Несмотря на растущий интерес к механизмам после приема пищи, глоточные органы чувств остаются практически неизученными (Hergarden et al., 2012; Манзо и др., 2012 г.; Марелла и др., 2012; Пул и Скотт, 2014 г.; Пул и др., 2014 г.; ЛеДью и др., 2015; Япичи и др., 2016).

    Здесь мы, насколько нам известно, впервые показываем вкусозависимую функцию органов чувств глотки личинок. Личинки воспринимают окружающую среду с небольшим количеством GRN, которые иногда генетически доступны на уровне отдельных клеток (Kwon et al., 2011; Apostolopoulou et al., 2014a). До сих пор в нескольких исследованиях были идентифицированы отдельные GRN, расположенные на внешнем TO, которые необходимы для определенных аспектов избегания горькой пищи.Функция пары нейронов С7 необходима для защиты личинок от хинина и денатония (van Giesen et al., 2016). Функция пары нейронов С3 необходима личинкам, чтобы избегать хинина, и ее активации достаточно, чтобы вызвать избегание (Apostolopoulou et al. , 2014a). Тем не менее, хотя некоторые аспекты ощущения горечи можно отнести к отдельным GRN, вполне вероятно, что некоторые горькие химические вещества воспринимаются не только отдельными парами нейронов TO, но и ансамблем вкусовых нейронов. Инактивация GRN драйверами Gr-Gal4, такими как Gr66a-Gal4, Gr33a-Gal4, Gr59d-Gal4, Gr97a-Gal4, Gr57a-Gal4, Gr9a-Gal4, Gr23a-Gal4 или GMR57B04-Gal4 , уменьшает или даже инвертирует larval отказ от хинина (Apostolopoulou et al., 2015; Ким и др., 2016; ван Гизен и др., 2016). Эти результаты свидетельствуют о том, что пары нейронов C1, C2, C4 и глоточная система также необходимы для восприятия хинина в дополнение к функции C3 и C7 (Apostolopoulou et al., 2014a; Kim et al., 2016; van Giesen et al. , 2016). Однако точный механизм сотрудничества остается неясным. Частично потому, что анализ вкуса личинок в настоящее время ограничен примерно одной третью (12 из 37) GRN ТО из-за отсутствия генетических инструментов (Apostolopoulou et al., 2015). Кроме того, кодирование вкуса у личинок, вероятно, включает несколько уровней взаимодействия: сенсорный уровень, подпищеводный ганглий (SOG, первый центр вкусовой интеграции мозга) и последующие цепи в высших отделах мозга и премоторных областях.

    Здесь мы показываем, что пара глоточных нейронов D1 DPS представляет собой дополнительный сенсорный уровень органа для восприятия горечи (рис. 7A, B). Личинки без пары нейронов D1 не проявляют избегания кофеина (рис. 2M) и обучения запаху кофеина (рис. 4B).Пара нейронов D1 реагирует на кофеин (рис. 3С). Аналогичным образом сахар может ощущаться в глоточном органе: взрослые мухи-мутанты poxn , лишенные всех внешних GRN, все еще способны выбирать сахар благодаря вкусовым нейронам глотки (LeDue et al., 2015), в то время как личинки лишены Gr43a , их основного рецепторы сахара, не могут предпочесть сахар. Gr43a не экспрессируется в личиночных наружных вкусовых органах: DO, TO и VO. Но среди других клеток рецептор присутствует в сенсорных нейронах глотки (Mishra et al. , 2013). Следовательно, органы чувств глотки личинок, по-видимому, воспринимают вкусы с противоположной валентностью и вносят свой вклад в поведение, управляемое вкусом.

    Рисунок 7. Схематический обзор периферической сенсорной системы личинок, воспринимающих вкус кофеина и хинина для запуска личиночного поведения . (A) Информация о вкусе горького хинина, влияющая на поведение личинок при выборе, опосредуется в основном ТО-нейронами C1–C4 (светло-красный и красный) и особенно одним ТО-нейроном C3 (красный).Информация о горьком вкусе кофеина, влияющая на поведение личинок при выборе, опосредуется одним нейроном D1 (зеленый) DPS (это исследование). Удаление D1 не ухудшает поведение выбора, зависящее от хинина (дополнительная фигура 3). Лигандная специфичность для остальных 12 «горьких» нейронов ТО (В1, В2, С5 и С6), ДО (А1 и А2), ДПС, ВПС и ППС пока неизвестна (обозначены белым цветом). Сигналы распространяются к подпищеводному ганглию через верхнечелюстной нерв (для хинина) и лабральный нерв (для кофеина). Отсюда постсинаптические, еще не идентифицированные нейроны второго порядка обрабатывают вкусовые сигналы, чтобы вызвать поведение выбора, зависящее от вкуса. В дополнение к периферической сенсорной системе, изображенной здесь, это исследование предполагает наличие большего количества центральных сенсоров, которые остаются неидентифицированными и поэтому не включены в схему. (B) Вкусовая информация Gr93a-позитивного сенсорного нейрона D1 DPS способна инструктировать поведение, зависящее от кофеина. Это включает поведение выбора, зависящее от кофеина, и наказание, зависящее от кофеина (необходимое для вызывающего отвращение обонятельного обучения), но исключает необходимость избегания пищи, зависящей от кофеина.

    Тем не менее, также было показано, что кодирование вкуса является более комбинаторным, чем предполагалось изначально. Горькие вкусовые вещества могут подавлять стимулирующий эффект привлекательных вкусовых сигналов. Это может происходить в клетках вкусовых рецепторов или в центральных путях с более высокой обработкой (показано для разных насекомых Haskell and Schoonhoven, 1969; Dethier, 1978; Chapman et al. , 1991; Simpson et al., 1991; Meunier et al. , 2003; Gordon and Scott, 2009; Yong Jeong et al., 2013; Chu et al., 2014). Таким образом, вмешательство в функцию пары нейронов глотки D1 ​​может сместить чистый выход всей вкусовой системы в сторону более положительного значения, что также приведет к ухудшению поведения, связанного с кофеином.

    Интересно, что пара нейронов D1 DPS относится к числу немногих личиночных сенсорных нейронов, переживших ремоделирование во время метаморфоза, поскольку она включается в сенсорную систему глотки взрослых (Gendre et al., 2004). Отслеживание пары нейронов D1 на протяжении всего развития позволило бы проанализировать ее значение для восприятия вкуса взрослыми. Потребуются дальнейшие исследования у взрослых особей и личинок Drosophila , чтобы детально изучить природу кодирования вкуса через внешние и глоточные вкусовые органы и его устойчивость при метаморфозе.

    Восприятие кофеина и поведение при приеме пищи

    Весь рост Drosophila обычно происходит на ювенильных личиночных стадиях, что приводит к заметному увеличению массы тела примерно в 200 раз (Church and Robertson, 1966). Надежно распознавать питательные вещества [например, дрожжи, основной источник белков (Cooper, 1960) или углеводов (Mishra et al., 2013; Schwarz et al., 2014)] и сопоставлять их с низкими концентрациями горьких, потенциально опасных соединений, личинкам необходимо изощренное чувство вкуса.

    Мы предполагаем, что, в отличие от выбора пищи, потребление горькой пищи в ситуациях отсутствия выбора лишь незначительно зависит от TO и функции органов чувств глотки. Личинки Drosophila потребляют меньше пищи, если она содержит кофеин или хинин (рис. 1; Apostolopoulou et al., 2014a). Удаление всего набора внешних и фарингеальных горьких GRN посредством Gr33a-Gal4 лишь незначительно увеличивает количество потребляемого субстрата, содержащего кофеин или хинин (рис. 4; Apostolopoulou et al., 2014а). Поэтому мы утверждаем, что у личинок есть по крайней мере одна дополнительная система, которая воспринимает горькую информацию и регулирует потребление пищи. Это может быть другой предполагаемый рецептор, чувствительный к кофеину, или аллостерический эффект кофеина на рецептор сахара или другой рецептор с положительной валентностью. Альтернативно или дополнительно кофеин может действовать через механизмы, которые изменяют мотивацию или здоровье животных после употребления кофеина. Питание большинства насекомых можно разделить по крайней мере на четыре фазы: поиск пищи, отбор проб, потребление пищи и прекращение питания (Beck, 1965; Schoonhoven, 1972).Решение о том, принимать ли источник пищи и когда, принимается во время первых двух фаз. Наши результаты показывают, что решение избегать пищи, содержащей горькие вещества, такие как хинин, денатоний или кофеин, принимается ТО и/или глоточной ДПС. Как только принято решение постоянно питаться, личинки запускают двигательную программу чередования периодов укуса и неукуса (Ма, 1972; Чапман, 1982). Наши данные свидетельствуют о том, что потребление пищи находится под контролем другой, пока неизвестной системы, поскольку личинки, у которых отсутствуют 12 пар горьких GRN, по-прежнему меньше питаются субстратом, содержащим кофеин (рис. 4С).Это позволило бы личинкам соответствующим образом регулировать скорость своего питания в среде, которая не позволяет находить пищу и брать пробы, например, из-за вездесущего вредного вещества в источнике пищи, как в нашем тесте кормления без выбора.

    Какие системы могут инструктировать потребление пищи? Одной из возможностей является энтеральная система, которая включает нейроны в ганглиях пищевода, гипоцеребрального и преджелудкового ганглиев. У насекомых энтеральная система регулирует ритмические движения передней кишки и глотки, а также процессы, связанные с этими движениями, такие как потребление пищи (Hill et al., 1966; Griss et al., 1991), заглатывание воздуха (Carlson and O’gara, 1983) и поведение, связанное с линькой (Miles and Booker, 1998; Bestman and Booker, 2003). Ниже по ходу пищеварительного тракта энтероэндокринные клетки, расположенные в средней кишке взрослых особей Drosophila , экспрессируют Grs, необходимые для восприятия горького вкуса. Энтероэндокринные клетки у насекомых, а также у млекопитающих продуцируют регуляторные пептиды при обнаружении в просвете питательных веществ или химических веществ для регулирования физиологии кишечника, потребления пищи и гомеостаза глюкозы паракринным и/или эндокринным образом. Тестирование мутантов Gr93a в тесте кормления без выбора позволяет проверить эту гипотезу. Уменьшение количества кормления поддержало бы нашу интерпретацию, в то время как нормальная скорость кормления свидетельствовала бы об одном или нескольких механизмах, независимых от Gr.

    Молекулярная основа восприятия кофеина

    Кофеин, метилксантин, в основном получаемый из кофейных деревьев и чайных растений, но также присутствующий в низких концентрациях во фруктах, является одним из поведенчески активных веществ, наиболее часто потребляемых людьми (Clifford, 1985; Wintgens, 2012).Известно, что кофеин улучшает бдительность и возбуждение у людей и других млекопитающих, а также у беспозвоночных (Clifford, 1985; Wintgens, 2012). Он оказывает влияние на многочисленные виды поведения насекомых, включая мелкую моторику, внимание и сложные когнитивные процессы (Mustard, 2014). Однако, в отличие от большинства вкусовых веществ, которые обнаруживаются через рецепторы, связанные с G-белком на поверхности клетки, было высказано предположение, что он также выполняет законсервированные фармакологические функции; а именно, для увеличения цАМФ за счет ингибирования фосфодиэстераз, повышения уровня внутриклеточного кальция за счет высвобождения внутриклеточных запасов через рианодиновые рецепторы и в качестве антагониста аденозиновых рецепторов (обзор в Mustard, 2014).

    Тем не менее, у взрослых особей Drosophila Gr33a и Gr66a функция гена вместе с Gr93a необходима для реакции на кофеин (Moon et al., 2006, 2009; Lee et al., 2009). Было высказано предположение, что Gr33a является рецептором, необходимым для восприятия многих различных горьких веществ, и, следовательно, предполагается, что он действует как корецептор для ощущения горечи в целом (Moon et al., 2009). Однако Gr66a и Gr93a проявляют специфический ответ на кофеин и другие производные метилксантина, такие как теофиллин (Lee et al., 2009). В соответствии с этими результатами мутантные личинки Gr93a демонстрируют измененный физиологический ответ пары нейронов D1 на кофеин (рис. 6A, B) и Gr33a ; Личинки двойного мутанта Gr66a и мутанта Gr93a не избегают употребления кофеина (рис. 5B, C). Соответственно, чувствительность к кофеину у Drosophila на разных стадиях развития функционирует через специфический (и более чувствительный) Gr-зависимый молекулярный механизм, а не через неспецифическое влияние на внутренние запасы кальция.Однако экспрессия Gr93a в нейронах различается между личиночной и взрослой стадиями. Взрослые особи Drosophila — в отличие от личинок — демонстрируют экспрессию Gr93a в GRN, расположенных на периферии в различных сенсиллах этикетки (S 0 , S 1 , S 2 , S 6 , S 7 и S 10 ; Weiss et al., 2011) и брюшной полости (Kwon et al., 2014). Поэтому вполне вероятно, что кофеин по-разному воспринимается личиночной и взрослой системами. Тем не менее, аналогичный подход у взрослых потребует перекрестных методов (LeDue et al., 2015), чтобы четко отделить глоточную систему от периферической.

    У млекопитающих вкусовые рецепторы представляют собой гомо- или гетеродимеры, тогда как обонятельные рецепторы представляют собой гомомерные белки. Обонятельные рецепторы (ORs) Drosophila представляют собой гетеродимеры, состоящие из Orco в сочетании с одним дополнительным OR (Larsson et al., 2004). Рецептор Drosophila CO 2 представляет собой гетеродимер, состоящий из Gr21a и Gr63a (Kwon et al., 2007). Здесь мы показываем, что для восприятия кофеина через глоточный D1-нейрон требуется как минимум четыре субъединицы, поскольку неправильной экспрессии Gr93a, Gr33a, Gr66a в глоточном D2-нейроне недостаточно, чтобы придать этому нейрону чувствительность к кофеину.Альтернативно, в нейроне D2 может отсутствовать элемент каскада трансдукции, необходимый в D1, хотя D2 также является нейроном вкусового рецептора. Основываясь на недавних выводах Delventhal and Carlson (2016), также возможно, что передача горьких сигналов у личинок следует более сложной логике взаимодействия генов Gr, которая также включает ингибирующие эффекты. Эта организация, по-видимому, сохраняется на протяжении всего развития Drosophila , поскольку у взрослых мух неправильная экспрессия трех Grs не делает GRN, чувствительные к сахару, чувствительными к кофеину (Lee et al., 2009). Очевидно, что восприятие вкуса у дрозофилы — и, в частности, у личинки дрозофилы — имеет много загадок, которые еще предстоит разгадать.

    Вклад авторов

    AA разработал и провел эксперименты, проанализировал данные и написал рукопись. SK, BS, ML, AW и LM провели эксперименты и проанализировали данные. AR, CG, AL и AT разработали эксперименты, проанализировали данные и написали рукопись.

    Финансирование

    Работа выполнена при поддержке грантов DFG (Th2584/1-1) и (Th2584/3-1), Baden-Württemberg Stiftung (все для AT) и Zukunftskolleg Констанцского университета (для CG и AT) .

    Заявление о конфликте интересов

    Авторы заявляют, что исследование проводилось при отсутствии каких-либо коммерческих или финансовых отношений, которые могли бы быть истолкованы как потенциальный конфликт интересов.

    Дополнительный материал

    Дополнительный материал к этой статье можно найти в Интернете по адресу: https://www.frontiersin.org/article/10.3389/fncel.2016.00193

    .

    Ссылки

    Эбботт, Дж. (2014). Самолечение насекомых: текущие данные и перспективы на будущее. Экол. Энтомол. 39, 273–280. doi: 10.1111/en.12110

    Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

    Алвес, Г., Салле, Дж., Чауди, С., Дюпас, С., и Маньер, Г. (2014). Восприятие высокого уровня NaCl у Drosophila melanogaster . J. Neurosci. 34, 10884–10891. doi: 10.1523/JNEUROSCI.4795-13.2014

    Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки

    Апостолопулу, А. А., Херспергер, Ф., Мазия, Л., Видманн, А., Вуст, А., и Тум, А. С. (2014b).Состав агарозного субстрата влияет на поведение личинок дрозофилы. Фронт. Поведение Неврологи. 8:11. doi: 10.3389/fnbeh.2014.00011

    Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

    Апостолопулу, А. А., Мазия, Л., Вуст, А., и Тум, А. С. (2014a). Нейронная и молекулярная основа хининзависимой передачи сигналов горького вкуса у личинок дрозофилы. Фронт. Поведение Неврологи. 8:6. doi: 10.3389/fnbeh.2014.00006

    Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

    Апостолопулу, А.А., Видманн А., Роведдер А., Пфитценмайер Дж. Э. и Тум А. С. (2013). Аппетивное ассоциативное обонятельное обучение у личинок дрозофилы. Дж. Вис. Эксп. е4334. дои: 10.3791/4334

    Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

    Барретто, Р. П., Гиллис-Смит, С., Чандрашекар, Дж., Ярмолинский, Д. А., Шнитцер, М. Дж., Рыба, Н. Дж., и соавт. (2015). Нейронное представление качества вкуса на периферии. Природа 517, 373–376. дои: 10.1038/природа13873

    Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

    Бек, SD (1965). Устойчивость растений к насекомым. год. Преподобный Энтомол. 10, 207–232. doi: 10.1146/annurev.en.10.010165.001231

    Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

    Бестман, Дж. Э., и Букер, Р. (2003). Модуляция синаптической активности передней кишки контролирует резорбцию жидкости для линьки во время личиночной линьки бабочки Manduca sexta . Дж. Экспл. биол. 206, 1207–1220. doi: 10.1242/jeb.00237

    Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

    Брей, С., и Амрейн, Х. (2003). Предполагаемый рецептор феромона дрозофилы, экспрессируемый в специфических для самцов вкусовых нейронах, необходим для эффективного ухаживания. Нейрон 39, 1019–1029. doi: 10.1016/S0896-6273(03)00542-7

    Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

    Карлсон, Дж. Р., и О’Гара, Б. А. (1983). Шелушение сверчка, Teleogryllus oceanicus : генерация моторной программы глотательного воздуха изолированным лобным ганглием. Комп. Биохим. Физиол. 75, 579–587. дои: 10.1016/0300-9629(83)

    -1

    Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

    Чепмен, Р.Ф., Асколи-Кристенсен, А., и Уайт, П.Р. (1991). Сенсорное кодирование сдерживания кормления у кузнечика Schistocerca americana . Дж. Экспл. биол. 158, 241–259.

    Академия Google

    Чепмен, РФ (1982). Хеморецепция. Значение номеров рецепторов. Доп. Физиол насекомых. 16, 247–285. doi: 10.1016/S0065-2806(08)60155-1

    Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

    Chen, T.W., Wardill, T.J., Sun, Y., Pulver, S.R., Renninger, S.L., Baohan, A., et al. (2013). Сверхчувствительные флуоресцентные белки для визуализации активности нейронов. Природа 499, 295–300. doi: 10.1038/nature12354

    Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

    Чу Б., Чуй В., Манн К. и Майкл Гордон Д. (2014). Пресинаптический контроль усиления управляет интеграцией сладкого и горького вкуса у Drosophila . Курс. биол. 24, 1978–1984 гг. doi: 10.1016/j.cub.2014.07.020

    Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

    Клиффорд, Миннесота (1985). Кофе: ботаника, биохимия и производство зерен и напитков. Лондон; Вестпорт, Китай: Крум Хелмс; Паб АВИ. Ко

    Академия Google

    Дунипас, Л., Мейстер, С., Макнили, К., и Амрейн, Х. (2001). Пространственно ограниченная экспрессия вкусовых рецепторов-кандидатов в вкусовой системе дрозофилы. Курс. биол. 11, 822–835. doi: 10.1016/S0960-9822(01)00258-5

    Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

    Эль-Кереди, А., Шлейер, М., Кониг, К., Эким, А., и Гербер, Б. (2012). Поведенческий анализ обработки хинина при выборе, питании и обучении личинок дрозофилы. PLoS ONE 7:e40525. doi: 10.1371/journal.pone.0040525

    Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

    Фишилевич Э., Домингос А.И., Асахина К., Наеф Ф., Восшалл Л.Б. и Луис М. (2005). Поведение хемотаксиса, опосредованное одиночными личиночными обонятельными нейронами у дрозофилы. Курс. биол. 15, 2086–2096. doi: 10.1016/j.cub.2005.11.016

    Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

    Френч А., Али Ага М., Митра А., Янагава А., Селье М. Дж. и Марион-Полл Ф. (2015). Горький вкус дрозофилы. Фронт. интегр. Неврологи. 9:58. doi: 10.3389/finnt.2015.00058

    Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

    Жандр, Н., Luer, K., Friche, S., Grillenzoni, N., Ramaekers, A., Technau, G.M., et al. (2004). Интеграция сложных личиночных хемосенсорных органов во взрослую нервную систему дрозофилы. Разработка 131, 83–92. doi: 10.1242/dev.00879

    Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

    Griss, C., Simpson, S.J., Rohrbacher, J., and Rowell, C.H.F. (1991). Локализация в центральной нервной системе личинок Manduca-sexta (Lepidoptera, Sphingidae) областей, ответственных за аспекты пищевого поведения. J. Физиология насекомых. 37, 477–482. дои: 10.1016/0022-1910(91)

    -S

    Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

    Haskell, PT, and Schoonhoven, LM (1969). Функция некоторых рецепторов ротовой части в отношении питания у Schistocerca Gregaria и Locusta Migratoria Migratorioides. Энтомол. Эксп. заявл. 12, 423–440. doi: 10.1111/j.1570-7458.1969.tb02538.x

    Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

    Хергарден, А.К., Тайлер, Т. Д., и Андерсон, Д. Дж. (2012). Нейроны аллатостатина-А подавляют пищевое поведение у взрослых дрозофил. Проц. Натл. акад. науч. США 109, 3967–3972. doi: 10.1073/pnas.1200778109

    Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

    Хилл, Л., Мордью, В., и Хайнэм, К.С. (1966). Эндокринная система, лобный ганглий и питание во время созревания самки пустынной саранчи. J. Физиология насекомых. 12, 1197–1208. дои: 10.1016/0022-1910(66)

    -6

    Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

    Хузер, А., Rohwedder, A., Apostolopoulou, A.A., Widmann, A., Pfitzenmaier, J.E., Maiolo, E.M., et al. (2012). Серотонинергическая центральная нервная система личинки дрозофилы: анатомия и поведенческая функция. PLoS ONE 7:e47518. doi: 10.1371/journal.pone.0047518

    Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

    Ито К., Судзуки К., Эстес П., Рамасвами М., Ямамото Д. и Штраусфельд Н. Дж. (1998). Организация внешних нейронов и их влияние на функциональные роли грибовидных тел у Drosophila melanogaster Meigen. Учиться. Мем. 5, 52–77.

    Реферат PubMed | Академия Google

    Цзяо, Ю., Мун, С.Дж., Ван, X., Рен, К., и Монтелл, К. (2008). Gr64f необходим в сочетании с другими вкусовыми рецепторами для обнаружения сахара у дрозофилы. Курс. биол. 18, 1797–1801. doi: 10.1016/j.cub.2008.10.009

    Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

    Джозеф, Р. М., и Карлсон, Дж. Р. (2015). Хеморецепторы дрозофилы: молекулярный интерфейс между химическим миром и мозгом. Тенденции Жене. 31, 683–695. doi: 10.1016/j.tig.2015.09.005

    Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

    Кляйн, М., Афонсо, Б., Воннер, А. Дж., Эрнандес-Нуньес, Л., Берк, М., Табоне, С. Дж., и соавт. (2015). Сенсорные детерминанты поведенческой динамики Drosophila thermotaxis . Проц. Натл. акад. науч. США 112, E220–E229. doi: 10.1073/pnas.1416212112

    Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

    Кениг, К., Шлейер М., Лейбигер Дж., Эль-Кереди А. и Гербер Б. (2014). Горько-сладкая обработка у личинок дрозофилы. Хим. Чувства 39, 489–505. doi: 10.1093/chemse/bju016

    Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

    Квон, Дж. Ю., Даханукар, А., Вайс, Л. А., и Карлсон, Дж. Р. (2007). Молекулярные основы рецепции СО 2 у дрозофилы. Проц. Натл. акад. науч. США 104, 3574–3578. doi: 10.1073/pnas.0700079104

    Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

    Квон, Дж.Ю., Даханукар А., Вайс Л.А. и Карлсон Дж.Р. (2011). Молекулярно-клеточная организация вкусовой системы личинки дрозофилы. J. Neurosci. 31, 15300–15309. doi: 10.1523/JNEUROSCI.3363-11.2011

    Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки

    Квон, Дж. Ю., Даханукар, А., Вайс, Л. А., и Карлсон, Дж. Р. (2014). Карта проекций вкусовых нейронов в ЦНС дрозофилы. J. Biosci. 39, 565–574. doi: 10.1007/s12038-014-9448-6

    Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

    Ларссон, М.К., Домингос, А.И., Джонс, В.Д., Чиаппе, М.Е., Амрейн, Х., и Воссхалл, Л.Б. (2004). Or83b кодирует широко выраженный обонятельный рецептор, необходимый для обоняния дрозофилы. Нейрон 43, 703–714. doi: 10.1016/j.neuron.2004.08.019

    Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

    ЛеДью, Э. Э., Чен, Ю. К., Юнг, А. Ю., Даханукар, А., и Гордон, М. Д. (2015). Органы чувств глотки способствуют интенсивному потреблению сахара у дрозофилы. Нац. коммун. 6:6667. doi: 10.1038/ncomms7667

    Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

    Lee, Y., Kang, M.J., Shim, J., Cheong, C.U., Moon, S.J., and Montell, C. (2012). Вкусовые рецепторы необходимы для избегания инсектицида L-канаванина. J. Neurosci. 32, 1429–1435. doi: 10.1523/JNEUROSCI.4630-11.2012

    Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

    Ли, Ю., Мун, С.Дж., и Монтелл, К. (2009). Множественные вкусовые рецепторы необходимы для реакции на кофеин у дрозофилы. Проц. Натл. акад. науч. США 106, 4495–4500. doi: 10.1073/pnas.0811744106

    Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

    млн лет назад, WC (1972). Динамика пищевых реакций у Pieris brassicae Linn. как функция хемосенсорного входа: поведенческое, ультраструктурное и электрофизиологическое исследование. Мед. Ланбоухогеш. Вагенинген 72, 162.

    Манзо, А., Силиес, М., Гол, Д.М., и Скотт, К. (2012). Двигательные нейроны, контролирующие потребление жидкости у дрозофилы. Проц. Натл. акад. науч. США 109, 6307–6312. doi: 10.1073/pnas.1120305109

    Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

    Менуз, К., Лартер, Н.К., Парк, Дж., и Карлсон, Дж.Р. (2014). Экран RNA-seq антенны дрозофилы идентифицирует транспортер, необходимый для обнаружения аммиака. Генетика PLoS. 10:e1004810. doi: 10.1371/journal.pgen.1004810

    Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

    Милан, Н.Ф., Качо Б.З. и Шленке Т.А. (2012). Употребление алкоголя в качестве самолечения против переносимых кровью паразитов у плодовой мухи. Курс. биол. 22, 488–493. doi: 10.1016/j.cub.2012.01.045

    Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

    Майлз, К.И., и Букер, Р. (1998). Роль лобного ганглия в пищевом и эксплозионном поведении бабочки Manduca sexta . Дж. Экспл. биол. 201 (часть 11), 1785–1798 гг.

    Реферат PubMed | Академия Google

    Мишра, Д., Miyamoto, T., Rezenom, Y.H., Broussard, A., Yavuz, A., Slone, J., et al. (2013). Молекулярные основы восприятия сахара у личинок дрозофилы. Курс. биол. 23, 1466–1471. doi: 10.1016/j.cub.2013.06.028

    Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

    Мун, С.Дж., Коттген, М., Цзяо, Ю., Сюй, Х., и Монтелл, К. (2006). Вкусовой рецептор, необходимый для реакции на кофеин in vivo . Курс. биол. 16, 1812–1817 гг. doi: 10.1016/j.cub.2006.07.024

    Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

    Мун, С.Дж., Ли, Ю., Цзяо, Ю., и Монтелл, К. (2009). Вкусовой рецептор дрозофилы необходим для отвращения вкуса и подавления ухаживания между самцами. Курс. биол. 19, 1623–1627. doi: 10.1016/j.cub.2009.07.061

    Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

    Ni, L., Klein, M., Svec, K.V., Budelli, G., Chang, E.C., Ferrer, A.J., et al. (2016). Ионотропные рецепторы IR21a и IR25a опосредуют ощущение холода у дрозофилы. eLife 5:e13254. doi: 10.7554/eLife.13254

    Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

    Нивалда, Т., Сингхал, Н., Фиала, А., Саумвебер, Т., Вегенер, С., и Гербер, Б. (2008). Обработка соли у личинок дрозофилы: выбор, питание и обучение переходят от аппетита к отвращению в зависимости от концентрации. Хим. Чувства 33, 685–692. doi: 10.1093/chemse/bjn037

    Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

    Опплигер, Ф.Ю., Герин П. М. и Влимант М. (2000). Нейрофизиологические и поведенческие доказательства обонятельной функции спинного органа и вкусовой функции терминального органа у личинок Drosophila melanogaster . J. Физиология насекомых. 46, 135–144. дои: 10.1016/S0022-1910(99)00109-2

    Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

    Pool, A.H., Kvello, P., Mann, K., Cheung, S.K., Gordon, M.D., Wang, L., et al. (2014). Четыре ГАМКергических интернейрона ограничивают питание у дрозофилы. Нейрон 83, 164–177. doi: 10.1016/j.neuron.2014.05.006

    Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

    Python, F., and Stocker, RF (2002). Сложная, как у взрослых особей, личиночная доля усика D. melanogaster , несмотря на заметно низкое количество нейронов рецепторов запаха. Дж. Комп. Нейрол. 445, 374–387. doi: 10.1002/cne.10188

    Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

    Робертсон, Х.М., Уорр, К.Г., и Карлсон, Дж.Р. (2003). Молекулярная эволюция надсемейства генов хеморецепторов насекомых у Drosophila melanogaster . Проц. Натл. акад. науч. США 100 (Приложение 2), 14537–14542. doi: 10.1073/pnas.2335847100

    Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

    Роведдер, А., Пфитценмайер, Дж. Э., Рамспергер, Н., Апостолопулу, А. А., Видманн, А., и Тум, А. С. (2012). Эффекты, зависящие от пищевой ценности и не зависящие от пищевой ценности, на поведение личинок Drosophila melanogaster . Хим. Чувства 37, 711–721. doi: 10.1093/chemse/bjs055

    Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

    Роведдер, А., Венц, Н.Л., Штеле, Б., Хузер, А., Ямагата, Н., Златик, М., и соавт. (2016). Четыре индивидуально идентифицированных парных дофаминовых нейрона сигнализируют о вознаграждении у личинки дрозофилы. Курс. биол. 26, 661–669. doi: 10.1016/j.cub.2016.01.012

    Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

    Щипански, А., Ярали, А., Нивальда, Т., и Гербер, Б. (2008). Поведенческий анализ обработки сахара при выборе, кормлении и обучении у личинок дрозофилы. Хим. Чувства 33, 563–573. doi: 10.1093/chemse/bjn024

    Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

    Schleyer, M., Saumweber, T., Nahrendorf, W., Fischer, B., von Alpen, D., Pauls, D., et al. (2011). Основанная на поведении схематическая модель того, как ожидания результатов организуют усвоенное поведение у личинок дрозофилы. Учиться. Мем. 18, 639–653. doi: 10.1101/lm.2163411

    Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

    Schoonhoven, LM (1972). Некоторые аспекты выбора хозяев и питания насекомых-фитофагов. Амстердам: Северная Голландия.

    Шварц С., Дуриско З. и Дукас Р. (2014). Отбор пищи у личинок плодовых мушек: динамика и влияние на развитие личинок. Naturwissenschaften 101, 61–68. doi: 10.1007/s00114-013-1129-z

    Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

    Скотт, К., Брэди Р. мл., Кравчик А., Морозов П., Ржецкий А., Цукер С. и соавт. (2001). Семейство хемосенсорных генов, кодирующих вкусовые и обонятельные рецепторы-кандидаты у дрозофилы. Сотовый 104, 661–673. doi: 10.1016/S0092-8674(01)00263-X

    Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

    Сельчо, М., Паулс, Д., Хан, К.А., Стокер, Р.Ф., и Тум, А.С. (2009). Роль дофамина в классической обонятельной обусловленности личинок дрозофилы. PLoS ONE 4:e5897.doi: 10.1371/journal.pone.0005897

    Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

    Сельчо М., Паулс Д., Хузер А., Стокер Р. Ф. и Тум А. С. (2014). Характеристика октопаминергических и тираминэргических нейронов в центральном мозге личинок дрозофилы. Дж. Комп. Нейрол. 522, 3485–3500. doi: 10.1002/cne.23616

    Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

    Симпсон, С.Дж., Джеймс, С.М., Симмондс, С.Дж., и Блейни, В.М. (1991). Изменение хемочувствительности и контроль поведения саранчи при выборе рациона питания. Аппетит 17, 141–154. дои: 10.1016/0195-6663(91)

    -5

    Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

    Сингх, Р. Н., и Сингх, К. (1984). Тонкое строение органов чувств личинки Drosophila melanogaster Meigen (Diptera: Drosophilidae). Междунар. J. Морфолл насекомых. Эмбриол. 13, 255–273. дои: 10.1016/0020-7322(84)-1

    Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

    Тиссо, М., Gendre, N., Hawken, A., Stortkuhl, K.F., and Stocker, R.F. (1997). Личиночные хемосенсорные проекции и инвазия взрослых афферентов в антенную долю дрозофилы. J. Нейробиол. 32, 281–297.

    Реферат PubMed | Академия Google

    van Giesen, L., Hernandez-Nunez, L., Delasoie-Baranek, S., Colombo, M., Renaud, P., Bruggmann, R., et al. (2016). Мультимодальное кодирование стимула вкусовым сенсорным нейроном у личинок дрозофилы. Нац. коммун. 7:10687.doi: 10.1038/ncomms10687

    Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

    Вайс, Л. А., Даханукар, А., Квон, Дж. Ю., Банерджи, Д., и Карлсон, Дж. Р. (2011). Молекулярно-клеточная основа горького вкуса у дрозофилы. Нейрон 69, 258–272. doi: 10.1016/j.neuron.2011.01.001

    Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

    Винтгенс, Дж. Н. (2012). Кофе: выращивание, переработка, устойчивое производство: руководство для производителей, переработчиков, трейдеров и исследователей. Вайнхайм: Wiley-VCH Verlag GmbH & Co.

    Сюй, Дж., Сорнборгер, А.Т., Ли, Дж.К., и Шен, П. (2008). Канал TRPA дрозофилы модулирует стимулированное сахаром нервное возбуждение, избегание и социальную реакцию. Нац. Неврологи. 11, 676–682. doi: 10.1038/nn.2119

    Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

    Япичи, Н., Кон, Р., Шустеррайтер, К., Рута, В., и Фоссхалл, Л. Б. (2016). Цепь вкуса, которая регулирует прием пищи, интегрируя сигналы о еде и голоде. Сотовый 165, 715–729. doi: 10.1016/j.cell.2016.02.061

    Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

    Ён Чжон, Т., Шим, Дж., Со О, Р., Хон Юн, И., Чул Ким, Х., Сок Мун, Дж., и др. (2013). Белок, связывающий запах, необходимый для подавления сладкого вкуса горькими химическими веществами. Нейрон 79, 725–737. doi: 10.1016/j.neuron.2013.06.025

    Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

    Чжан, Х. Дж., Андерсон, А.R., Trowell, S.C., Luo, A.R., Xiang, Z.H., and Xia, Q.Y. (2011). Топологическая и функциональная характеристика вкусового рецептора насекомых. PLoS ONE 6:e24111. doi: 10.1371/journal.pone.0024111

    Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

    Нейронные цепи, управляющие передвижением личинок у дрозофилы | Neural Development

  1. 1.

    Bargmann CI, Newsome WT. Инициатива «Исследования мозга посредством продвижения инновационных нейротехнологий» (BRAIN) и неврология.ДЖАМА Нейрол. 2014;71:675–6.

    Артикул пабмед Google Scholar

  2. 2.

    Мардер Э., Бухер Д. Генераторы центральных паттернов и управление ритмическими движениями. Курс. биол. 2001; 11: R986–96.

    КАС Статья пабмед Google Scholar

  3. 3.

    Nusbaum MP, Beenhakker MPA. малосистемный подход к генерации двигательных паттернов. Природа. 2002; 417:343–50.

    КАС Статья пабмед Google Scholar

  4. 4.

    Мардер Э., Калабрезе Р.Л. Принципы формирования ритмических двигательных паттернов. Физиол. Ред. 1996; 76: 687–717.

    КАС Статья пабмед Google Scholar

  5. 5.

    Мардер Э. Генерация двигательных моделей. Курс. мнение Нейробиол. 2000; 10: 691–8.

    КАС Статья пабмед Google Scholar

  6. 6.

    Маллони Б., Смарандач К. Пятьдесят лет CPG: две статьи по нейроэтологии, которые сформировали курс нейронауки.Фронт. Поведение Неврологи. Границы. 2010;4:45.

    Google Scholar

  7. 7.

    Пфайффер Б.Д., Дженетт А., Хаммондс А.С. Нго Т-ТБ, Мисра С., Мерфи С. и др. Инструменты для нейроанатомии и нейрогенетики дрозофилы. проц. Натл. акад. науч. 2008; 105:9715–20.

    КАС Статья пабмед ПабМед Центральный Google Scholar

  8. 8.

    Квон Э.З., Казмар Т., Штампфель Г., Яньес-Куна Х.О., Пагани М., Шернхубер К. и др.Геномная функциональная характеристика энхансеров развития дрозофилы in vivo. Природа. 2014; 512:91–5.

    КАС Статья пабмед Google Scholar

  9. 9.

    Talay M, Richman EB, Snell NJ, Hartmann GG, Fisher JD, Sorkaç A, et al. Транссинаптическое картирование вкусовых нейронов второго порядка у мух методом транс-Танго. Нейрон. 2017;96:783–95. e4

    КАС Статья пабмед Google Scholar

  10. 10.

    Хуанг Т. Х., Нисман П., Арасу Д., Ли Д., Де Ла Круз А., Каллехас А. и др. Отслеживание нейронных цепей у трансгенных животных с помощью транснейронного контроля транскрипции (TRACT). Элиф. 2017;6:e32027.

    ПабМед ПабМед Центральный Google Scholar

  11. 11.

    Schneider-Mizell CM, Gerhard S, Longair M, Kazimiers T, Li F, Zwart MF, et al. Количественная нейроанатомия коннектомики дрозофилы. Элиф. 2016;5:e12059.

    Артикул пабмед ПабМед Центральный Google Scholar

  12. 12.

    Берк М.Е., Хандельвал А., Клаус Л., Эрнандес-Нуньес Л., Си Г., Табоне С.Дж. и др. Принципиальная схема клубочковой обонятельной системы. Элиф. 2016;5:e14859.

    Артикул пабмед ПабМед Центральный Google Scholar

  13. 13.

    Schlegel P, Texada MJ, Miroschnikow A, Schoofs A, Hückesfeld S, Peters M, et al. Синаптическая передача параллельна нейромодуляции в центральной цепи приема пищи. Элиф. 2016;5:e16799.

    Артикул пабмед ПабМед Центральный Google Scholar

  14. 14.

    Лардерет И., Фрич П.М., Жандре Н. Лариса Неагу-Майер Г., Феттер Р.Д., Шнайдер-Мизелл К.М. и соавт. Организация зрительной цепи личинок дрозофилы. Элиф. 2017;6:e28387.

    Артикул ПабМед Центральный Google Scholar

  15. 15.

    Eichler K, Li F, Litwin-Kumar A, Park Y, Andrade I, Schneider-Mizell CM, et al. Полный коннектом центра обучения и памяти в мозгу насекомого. Природа. 2017; 548: 175–82.

    КАС Статья пабмед ПабМед Центральный Google Scholar

  16. 16.

    Хекшер Э.С., Зарин А.А., Фомон С., Кларк М.К., Мэннинг Л., Фушики А. и другие. Интернейроны с четным пропуском + являются основными компонентами сенсомоторной цепи, которая поддерживает амплитуду лево-правосимметричного мышечного сокращения. Нейрон. 2015; 88: 314–29.

    КАС Статья пабмед ПабМед Центральный Google Scholar

  17. 17.

    Карагёзов Д., Сканата М.М., Лесар А., Гершоу М. Регистрация нейронной активности у животных без ограничений с помощью двухфотонной микроскопии с трехмерным отслеживанием.bioRxiv. Лаборатория Колд-Спринг-Харбор. 2017:213942.

  18. 18.

    Мирт С., Трумэн Дж.В., Риддифорд Л.М. Роль переднегрудной железы в определении критического веса для метаморфоза у Drosophila melanogaster. Курс. биол. 2005; 15: 1796–807.

    КАС Статья пабмед Google Scholar

  19. 19.

    Грин К., Бернет Б., Коннолли К. Организация. закономерности меж- и внутривидовой изменчивости поведения личинок дрозофилы.Аним. Поведение 1983; 1: 282–91.

    Артикул Google Scholar

  20. 20.

    Гомес-Марин А., Луис М. Активные ощущения во время ориентационного поведения личинки дрозофилы: больше смысла, чем удачи. Курс. мнение Нейробиол. 2012;22:208–15.

    КАС Статья пабмед Google Scholar

  21. 21.

    Лахири С., Шен К., Кляйн М., Танг А., Кейн Э., Гершоу М. и др. Две чередующиеся моторные программы управляют навигацией личинки дрозофилы.ПЛОС Один. 2011;6:e23180.

    КАС Статья пабмед ПабМед Центральный Google Scholar

  22. 22.

    Heckscher ES, Lockery SR, Doe CQ. Характеристика ползания личинок дрозофилы на уровне организма, сегмента и соматической мускулатуры стенки тела. Дж. Нейроски. 2012; 32:12460–71.

    КАС Статья пабмед ПабМед Центральный Google Scholar

  23. 23.

    Fox LE, Soll DR, Wu C-F. Координация и модуляция генераторов паттернов передвижения у личинок дрозофилы: эффекты измененных уровней биогенных аминов в результате мутации тирамин-бета-гидроксилазы. Дж. Нейроски. 2006; 26:1486–98.

    КАС Статья пабмед ПабМед Центральный Google Scholar

  24. 24.

    Джорджиева Дж., Берни Дж., Эверс Дж.Ф., Эглен С.Дж. Нейронные цепи распространения перистальтических волн у ползающих личинок дрозофилы: анализ и моделирование.Фронт. вычисл. Неврологи. Границы. 2013;7:24.

    Google Scholar

  25. 25.

    Инада К., Кохсака Х., Такасу Э., Мацунага Т., Нос А. Оптическое рассечение нервных цепей, ответственных за передвижение личинок дрозофилы, с помощью галородопсина. ПЛОС Один. 2011;6:e29019.

    КАС Статья пабмед ПабМед Центральный Google Scholar

  26. 26.

    Дикшит Р., Виджай Рагхаван К., Бейт М.Hox-гены и регуляция движения у дрозофилы . Дев. Нейробиол. 2008; 68: 309–16.

    Артикул пабмед Google Scholar

  27. 27.

    Ландграф М., Санчес-Сориано Н., Технау Г.М., Урбан Дж., Прокоп А. Диаграмма нейропиля дрозофилы: стратегия стандартизированной характеристики генетически поддающихся нейритов. Дев. биол. 2003; 260: 207–25.

    КАС Статья пабмед Google Scholar

  28. 28.

    Vömel M, Wegener C. Нейроархитектура аминергических систем личиночного вентрального ганглия Drosophila melanogaster. ПЛОС Один. 2008;3:e695.

    Артикул Google Scholar

  29. 29.

    Юнг Х., Дасен Дж.С. Эволюция систем формирования паттернов и элементов схемы передвижения. Дев. Клетка. 2015; 32: 408–22.

    КАС Статья пабмед ПабМед Центральный Google Scholar

  30. 30.

    Берни Дж. Генетическое вскрытие регионально дифференцированной сети для исследовательского поведения личинок дрозофилы. Курс. биол. 2015;25:1319–26.

    КАС Статья пабмед ПабМед Центральный Google Scholar

  31. 31.

    Berni J, Pulver SR, Griffith LC, Bate M. Автономная схема для исследования субстрата у свободно перемещающихся личинок дрозофилы. Курс. биол. 2012; 22:1861–70.

    КАС Статья пабмед ПабМед Центральный Google Scholar

  32. 32.

    Пулвер С.Р., Бэйли Т.Г., Тейлор А.Л., Берни Дж., Бейт М., Хедвиг Б. Визуализация фиктивных двигательных моделей у личинок дрозофилы. Дж. Нейрофизиол. 2015;114:2564–77.

    КАС Статья пабмед ПабМед Центральный Google Scholar

  33. 33.

    Тастекин И., Ридл Дж., Шиллинг-Курц В., Гомес-Марин А., Трумэн Дж. В., Луис М. Роль подпищеводной зоны в сенсомоторном контроле ориентации у личинки дрозофилы. Курс. биол. 2015;25:1448–60.

    КАС Статья пабмед Google Scholar

  34. 34.

    Бейт М. Эмбриональное развитие личиночных мышц дрозофилы. Разработка. 1990; 110:791–804.

    КАС пабмед Google Scholar

  35. 35.

    Ландграф М., Тор С. Развитие мотонейронов дрозофилы: спецификация и морфология. Семин. Сотовый Дев. биол. 2006; 17:3–11.

    КАС Статья пабмед Google Scholar

  36. 36.

    Перон С., Зордан М.А., Магнабоско А., Реджиани С., Мегигиан А. От потенциала действия к сокращению: нервный контроль и сопряжение возбуждения и сокращения в личиночных мышцах дрозофилы. Комп. Биохим. Физиол. Часть А Мол. интегр. Физиол. 2009; 154:173–83.

    Google Scholar

  37. 37.

    Монастириоти М., Горчица М., Рапус Дж., Эккерт М., Уайт К., Будник В. Иммунореактивность октопамина у плодовой мухи Drosophila melanogaster. Дж. Комп. Нейрол.1995; 356: 275–87.

    КАС Статья пабмед ПабМед Центральный Google Scholar

  38. 38.

    Newman ZL, Hoagland A, Aghi K, Worden K, Levy SL, Son JH, et al. Вход-специфическая пластичность и гомеостаз нервно-мышечного соединения личинок дрозофилы. Нейрон. 2017;93:1388–404. e10

    КАС Статья пабмед ПабМед Центральный Google Scholar

  39. 39.

    Шефер Дж. Э., Уоррелл Дж. В., Левин Р. Б.Роль внутренних свойств в наборе мотонейронов дрозофилы во время фиктивного ползания. Дж. Нейрофизиол. 2010; 104:1257–66.

    Артикул пабмед ПабМед Центральный Google Scholar

  40. 40.

    Этвуд Х. Параллельные «фазовые» и «тонические» двигательные системы брюшной полости раков. Дж. Эксп. биол. 2008; 211:2193–5.

    Артикул пабмед Google Scholar

  41. 41.

    Менделл Л.М.Принцип размера: правило, описывающее рекрутирование мотонейронов. J Нейрофизиол. 2005;93:3024–6.

    Артикул пабмед Google Scholar

  42. 42.

    Mauss A, Tripodi M, Evers JF, Landgraf M. Сигнальные системы средней линии направляют формирование нейронной карты путем нацеливания дендритов в двигательной системе дрозофилы. PLoS биол. 2009;7:e1000200.

    Артикул пабмед ПабМед Центральный Google Scholar

  43. 43.

    Tripodi M, Evers JF, Mauss A, Bate M, Landgraf M. Структурный гомеостаз: компенсаторные корректировки геометрии дендритного ствола в ответ на изменения синаптического входа. PLoS биол. 2008; 6: 2172–87.

    КАС Статья Google Scholar

  44. 44.

    Сингхания А, Грюбер В.Б. Развитие эмбриональной и личиночной периферической нервной системы Drosophila . Уайли Междисциплинарный. Преподобный Дев. биол. 2014;3:193–210.

    КАС Статья пабмед ПабМед Центральный Google Scholar

  45. 45.

    Merritt DJ, Уитингтон, PM. Центральные проекции сенсорных нейронов у эмбрионов дрозофилы коррелируют с сенсорной модальностью, положением сомы и функцией пронейральных генов. Дж. Нейроски. 1995; 15: 1755–67.

    КАС Статья пабмед Google Scholar

  46. 46.

    Фушики А., Цварт М.Ф., Косака Х., Феттер Р.Д., Кардона А., Нос А.А. схемный механизм распространения волн мышечного сокращения у дрозофилы. Элиф. 2016;5:e13253.

    Артикул пабмед ПабМед Центральный Google Scholar

  47. 47.

    Hasegawa E, Truman JW, Nose A. Идентификация возбуждающих премоторных интернейронов, которые регулируют локальное сокращение мышц во время передвижения личинок дрозофилы. науч. Отчет 2016; 6: 30806.

    КАС Статья пабмед ПабМед Центральный Google Scholar

  48. 48.

    Мацунага Т., Косака Х., Нос А.Передача сигналов от моторных нейронов, опосредованная щелевым соединением, регулирует генерацию моторов в центральных цепях личинок дрозофилы. Дж. Нейроски. 2017;37:2045–60.

    Артикул пабмед Google Scholar

  49. 49.

    Suster ML, Bate M. Эмбриональная сборка центрального генератора паттернов без сенсорного ввода. Природа. 2002; 416: 174–8.

    КАС Статья пабмед Google Scholar

  50. 50.

    Хьюз CL, Томас JBA. схема сенсорной обратной связи координирует мышечную активность у дрозофилы. Мол. Клетка. Неврологи. 2007; 35: 383–96.

    КАС Статья пабмед ПабМед Центральный Google Scholar

  51. 51.

    Yan Z, Zhang W, He Y, Gorczyca D, Xiang Y, Cheng LE, et al. NOMPC дрозофилы представляет собой субъединицу канала механотрансдукции для ощущения нежного прикосновения. Природа. 2013; 493:221–5.

    КАС Статья пабмед Google Scholar

  52. 52.

    Песня В., Ониши М., Ян Л.И., Ян Ю.Н. Периферические мультидендритные сенсорные нейроны необходимы для ритмичного локомоционного поведения у личинок дрозофилы. проц. Натл. акад. науч. 2007; 104: 5199–204.

    КАС Статья пабмед ПабМед Центральный Google Scholar

  53. 53.

    Цубоучи А., Колдуэлл Дж.С., Трейси В.Д. Дендритные филоподии, разорванный карман, NOMPC и NMDAR вносят вклад в осязание у личинок дрозофилы. Курс. биол.2012;22:2124–34.

    КАС Статья пабмед ПабМед Центральный Google Scholar

  54. 54.

    Хван Р.Ю., Чжун Л. Сюй Ю., Джонсон Т., Чжан Ф., Дейссерот К. и др. Ноцицептивные нейроны защищают личинок дрозофилы от паразитоидных ос. Курс. биол. 2007;17:2105–16.

    КАС Статья пабмед ПабМед Центральный Google Scholar

  55. 55.

    Сян Ю., Юань К., Фогт Н., Лугер Л.Л., Ян Л.И., Ян Ю.Н.Фоторецепторы, опосредующие избегание света, покрывают стенку тела личинки дрозофилы. Природа. 2010; 468:921–6.

    КАС Статья пабмед ПабМед Центральный Google Scholar

  56. 56.

    Ландграф М., Санчес-Сориано Н., Технау Г.М., Урбан Дж., Прокоп А. Диаграмма нейропиля дрозофилы: стратегия стандартизированной характеристики генетически поддающихся нейритов. Дев. биол. 2003; 260: 207–25.

    КАС Статья пабмед Google Scholar

  57. 57.

    Златик М., Ли Ф., Стригини М., Грюбер В., Бейт М. Позиционные сигналы в нервном шнуре дрозофилы: семафорины образуют дорсо-вентральную ось. PLoS биол. 2009;7:e1000135.

    Артикул пабмед ПабМед Центральный Google Scholar

  58. 58.

    Ян Л., Ли Р., Канеко Т., Такле К., Морикава Р.К., Эссекс Л. и др. Trim9 регулирует зависимую от активности мелкомасштабную топографию у Drosophila. Курс. биол. 2014; 24:1024–30.

    КАС Статья пабмед ПабМед Центральный Google Scholar

  59. 59.

    Канеко Т., Е. Б. Мелкомасштабная топография сенсорных систем: выводы из дрозофилы и позвоночных. Дж. Комп. Физиол. А. Нейроэтол. Сенсор Нейронный. Поведение Физиол. 2015; 201:911–20.

    Google Scholar

  60. 60.

    Rohrbough J, Broadie K. Электрофизиологический анализ синаптической передачи в центральных нейронах личинок дрозофилы. Дж. Нейрофизиол. 2002; 88: 847–60.

    Артикул пабмед Google Scholar

  61. 61.

    Рикерт К., Кунц Т., Харрис К.Л., Уитингтон П.М., Технау Г.М. Морфологическая характеристика всей популяции интернейронов выявляет принципы организации нейромеров в вентральном нервном шнуре дрозофилы. Дж. Нейроски. 2011;31:15870–83.

    КАС Статья пабмед Google Scholar

  62. 62.

    Itakura Y, Kohsaka H, ​​Ohyama T, Zlatic M, Pulver SR, Nose A. Идентификация тормозных премоторных интернейронов, активируемых на поздней фазе моторного цикла во время передвижения личинок дрозофилы.ПЛОС Один. 2015;10:e0136660.

    Артикул пабмед ПабМед Центральный Google Scholar

  63. 63.

    Бейнс Р.А., Бейт М. Электрофизиологическое развитие центральных нейронов у эмбрионов дрозофилы. Дж. Нейроски. 1998;18:4673–83.

    КАС Статья пабмед Google Scholar

  64. 64.

    Косака Х., Такасу Э., Моримото Т., Нос А.А. группа сегментарных премоторных интернейронов регулирует скорость осевой локомоции у личинок дрозофилы.Курс. биол. 2014;24:2632–42.

    КАС Статья пабмед Google Scholar

  65. 65.

    Huser A, Rohwedder A, Apostolopoulou AA, Widmann A, Pfitzenmaier JE, Maiolo EM, et al. Серотонинергическая центральная нервная система личинки дрозофилы: анатомия и поведенческая функция. ПЛОС Один. 2012;7:e47518.

    КАС Статья пабмед ПабМед Центральный Google Scholar

  66. 66.

    Окусава С., Косака Х., Серотонин Н.А. нижестоящие лейкокининовые нейроны модулируют поведение личинок у Drosophila. Дж. Нейроски. 2014; 34: 2544–58.

    КАС Статья пабмед Google Scholar

  67. 67.

    Heckscher ES, Long F, Layden MJ, Chuang C-H, Manning L, Richart J, et al. Программное обеспечение для создания атласов и атлас eNeuro: ресурсы для биологии развития и нейронауки. Разработка. 2014; 141:2524–32.

    КАС Статья пабмед ПабМед Центральный Google Scholar

  68. 68.

    Крисп С., Эверс Дж. Ф., Фиала А., Бейт М. Развитие координации движений у эмбрионов дрозофилы. Разработка. 2008; 135:3707–17.

    КАС Статья пабмед ПабМед Центральный Google Scholar

  69. 69.

    Lemon WC, Pulver SR, Höckendorf B, McDole K, Branson K, Freeman J, et al. Функциональная визуализация всей центральной нервной системы у личинок дрозофилы. Нац. коммун. 2015;6:7924.

    КАС Статья пабмед ПабМед Центральный Google Scholar

  70. 70.

    Zwart MF, Pulver SR, Truman JW, Fushiki A, Fetter RD, Cardona A, et al. Избирательное ингибирование опосредует последовательное вовлечение моторных пулов. Нейрон. 2016;91:615–28.

    КАС Статья пабмед ПабМед Центральный Google Scholar

  71. 71.

    Кин О. Развитие и функциональная организация опорно-двигательного аппарата позвоночника. Курс. мнение Нейробиол. 2011;21:100–9.

    КАС Статья пабмед Google Scholar

  72. 72.

    Йошикава С., Лонг Х., Томас Дж. Б. Подмножество интернейронов, необходимых для передвижения личинок дрозофилы. Мол. Клетка. Неврологи. 2016;70:22–9.

    КАС Статья пабмед Google Scholar

  73. 73.

    MacNamee SE, Liu KE, Gerhard S, Tran CT, Fetter RD, Cardona A, et al. Астроцитарный транспорт глутамата регулирует синапс ЦНС Drosophila , в котором отсутствует оболочка астроцитов. Дж. Комп. Нейрол. 2016; 524:1979–98.

    КАС Статья пабмед ПабМед Центральный Google Scholar

  74. 74.

    Джонстон Р.М., Левин Р.Б. Моторные паттерны ползания, индуцированные пилокарпином в изолированных личиночных нервных тяжах Manduca sexta. Дж. Нейрофизиол. 1996;76:3178–95.

    КАС Статья пабмед Google Scholar

  75. 75.

    Pearson KG, Iles JF. Паттерны разряда мотонейронов тазового леватора и депрессора таракана Periplaneta americana. Дж. Эксп. биол. 1970; 52: 139–65.

    КАС пабмед Google Scholar

  76. 76.

    Стерн-Томлинсон В., Нусбаум М.П., ​​Перес Л.Е., Кристан В.Б.А. кинематическое исследование ползания пиявки Hirudo medicalis. Дж. Комп. Физиол. А. 1986; 158: 593–603.

    КАС Статья пабмед Google Scholar

  77. 77.

    Гослоу Г.Э., Рейнкинг Р.М., Стюарт Д.Г. Цикл кошачьего шага: углы суставов задних конечностей и длина мышц во время безудержной локомоции. Дж. Морфол. 1973; 141:1–41.

    Артикул пабмед Google Scholar

  78. 78.

    Бухер Д., Принц А.А., Мардер Э. Изменчивость от животного к животному в воспроизведении двигательных моделей у взрослых и в процессе роста. Дж. Нейроски. 2005; 25:1611–9.

    КАС Статья пабмед Google Scholar

  79. 79.

    Grillner S, Wallen P, Brodin L, Lansner A. Нейронная сеть, генерирующая локомоторное поведение у миног: схемы, передатчики, свойства мембран и моделирование. Анну. Преподобный Нейроски. 1991; 14: 169–99.

    КАС Статья пабмед Google Scholar

  80. 80.

    Гриллнер С. О генерации локомоций у спинномозговых акул. Эксп. мозг рез. 1974; 20: 459–70.

    КАС Статья пабмед Google Scholar

  81. 81.

    Nilsson J, Thorstensson A, Halbertsma J. Изменения движений ног и мышечной активности в зависимости от скорости передвижения и способа прогрессирования у людей. Акта Физиол. 1985; 123: 457–75.

    КАС Статья Google Scholar

  82. 82.

    Takagi S, Cocanougher BT, Niki S, Miyamoto D, Kohsaka H, ​​Kazama H, et al. Дивергентная связность гомологичных командоподобных нейронов опосредует специфичные для сегмента сенсорные реакции у дрозофилы. Нейрон.; 2017;96. 1373–1387: e6.

  83. 83.

    Suster ML, Kania A, Liao M, Asakawa K, Charron F, Kawakami K, et al. Новый консервативный энхансер evx1 связывает морфологию спинальных интернейронов и цис-регуляцию от рыб до млекопитающих. Дев. биол. 2009; 325:422–33.

    КАС Статья пабмед Google Scholar

  84. 84.

    Робертсон Дж.Л., Цубоути А., Трейси В.Д. Для защиты личинок от нападения паразитоидных ос требуются ноцицептивные нейроны. ПЛОС Один. 2013;8:e78704.

    КАС Статья пабмед ПабМед Центральный Google Scholar

  85. 85.

    Ohyama T, Schneider-Mizell CM, Fetter RD, Aleman JV, Franconville R, Rivera-Alba M, et al. Многоуровневая мультимодальная схема усиливает отбор действия у дрозофилы. Природа. 2015; 520: 633–9.

    КАС Статья пабмед Google Scholar

  86. 86.

    Йованик Т., Шнайдер-Мизелл К.М., Шао М., Массон Дж.Б., Денисов Г., Феттер Р.Д. и соавт. Конкурентное растормаживание опосредует поведенческий выбор и последовательности у дрозофилы. Клетка. 2016; 167. 858–870: e19.

  87. 87.

    Лай С-Л, Ли Т. Генетическая мозаика с двойными бинарными системами транскрипции у дрозофилы. Нац. Неврологи. 2006; 9: 703–9.

    КАС Статья пабмед Google Scholar

  88. 88.

    Potter CJ, Tasic B, Russler EV, Liang L, Luo L.Система Q: репрессируемая бинарная система для экспрессии трансгенов, отслеживания происхождения и анализа мозаики. Клетка. 2010; 141:536–48.

    КАС Статья пабмед ПабМед Центральный Google Scholar

  89. 89.

    Brand AH, Perrimon N. Целевая экспрессия генов как средство изменения клеточных судеб и создания доминантных фенотипов. Разработка. 1993; 118: 401–15.

    КАС пабмед Google Scholar

  90. 90.

    Dolan MJ, Luan H, Shropshire WC, Sutcliffe B, Cocanougher B, Scott RL, et al. Облегчение генетических манипуляций, специфичных для нейронов, у Drosophila melanogaster с использованием расщепленного репрессора GAL4. Генетика. 2017; 206: 775–84.

    Артикул пабмед ПабМед Центральный Google Scholar

  91. 91.

    Turner-Evans D, Wegener S, Rouault H, Franconville R, Wolff T, Seelig JD, et al. Интегрирование угловой скорости в схеме курса мухи. Элиф.2017;6:e23496.

    Артикул пабмед ПабМед Центральный Google Scholar

  92. 92.

    Дион Х., Хиббард К., Кавалларо А., Као Дж.-К., Рубин Г.М. Генетические реагенты для создания расщепленных линий GAL4 у дрозофилы. bioRxiv. Колд-Спринг-Харбор. Лаборатория. 2017:197509.

  93. 93.

    Тириан Л., Диксон Б. Коллекции драйверных линий VT GAL4, LexA и split-GAL4 для целенаправленной экспрессии в нервной системе дрозофилы. bioRxiv. Колд-Спринг-Харбор.Лаборатория. 2017:198648.

  94. 94.

    Klapoetke NC, Murata Y, Kim SS, Pulver SR, Birdsey-Benson A, Cho YK, et al. Независимое оптическое возбуждение отдельных нейронных популяций. Нац. Методы. 2014; 11: 338–46.

    КАС Статья пабмед ПабМед Центральный Google Scholar

  95. 95.

    Inagaki HK, Jung Y, Hoopfer ED, Wong AM, Mishra N, Lin JY, et al. Оптогенетический контроль дрозофилы с использованием смещенного в красную сторону канала родопсина выявляет зависящее от опыта влияние на ухаживание.Нац. Методы. 2014;11:325–32.

    КАС Статья пабмед Google Scholar

  96. 96.

    Пулвер С.Р., Пашковски С.Л., Хорнштейн Н.Дж., Гаррити П.А., Гриффит Л.С. Временная динамика активации нейронов с помощью Channelrhodopsin-2 и TRPA1 определяет поведение личинок дрозофилы. Дж. Нейрофизиол. 2009; 101:3075–88.

    Артикул пабмед ПабМед Центральный Google Scholar

  97. 97.

    Бейнс Р.А., Улер Дж.П., Томпсон А., Суини С.Т., Бейт М. Измененные электрические свойства нейронов дрозофилы, развивающихся без синаптической передачи. Дж. Нейроски. 2001; 21:1523–31.

    КАС Статья пабмед Google Scholar

  98. 98.

    Суини С.Т., Броуди К., Кин Дж., Ниманн Х., О’Кейн С.Дж. Направленная экспрессия легкой цепи столбнячного токсина у дрозофилы специфически устраняет синаптическую передачу и вызывает поведенческие дефекты.Нейрон. 1995; 14: 341–51.

    КАС Статья пабмед Google Scholar

  99. 99.

    Mohammad F, Stewart JC, Ott S, Chlebikova K, Chua JY, Koh T-W, et al. Оптогенетическое торможение поведения анионными каналами родопсинами. Нац. Методы. 2017;14:271–4.

    КАС Статья пабмед Google Scholar

  100. 100.

    Мосс А.С., Буш С., Борст А. Оптогенетическое замалчивание нейронов у дрозофилы во время визуальной обработки.науч. Rep. 2017;7

  101. 101.

    Китамото Т. Условная модификация поведения дрозофилы путем целенаправленной экспрессии чувствительного к температуре аллеля шибире в определенных нейронах. Дж. Нейробиол. 2001; 47:81–92.

    КАС Статья пабмед Google Scholar

  102. 102.

    Дана Х., Мохар Б., Сан Ю., Нараян С., Гордус А., Хассеман Дж. П. и др. Чувствительные индикаторы кальция с красным белком для визуализации нервной активности. Элиф. 2016;5:e12727.

    Артикул пабмед ПабМед Центральный Google Scholar

  103. 103.

    Kohsaka H, ​​Guertin PA, Nose A. Нейронные цепи, лежащие в основе передвижения личинок мух. Курр Фарм Дез. 2017; 23:1722–33.

    КАС Статья пабмед ПабМед Центральный Google Scholar

  104. 104.

    Suslak TJ, Watson S, Thompson KJ, Shenton FC, Bewick GS, Armstrong JD, Jarman AP. Пьезо необходим для чувствительной к амилориду активируемой растяжением механотрансдукции в личиночных дорсальных биполярных дендритных сенсорных нейронах дрозофилы.ПЛОС Один. 2015;10:e0130969.

    Артикул пабмед ПабМед Центральный Google Scholar

  105. Анализы обучения запаху и вкусу у личинок дрозофилы

    Адаптировано из Drosophila Neurobiology (под редакцией Zhang et al.). CSHL Press, Колд-Спринг-Харбор, Нью-Йорк, США, 2010 г.

    Аннотация

    Личинка Drosophila является новой моделью для исследований в области поведенческой нейрогенетики из-за ее простоты с точки зрения количества клеток.Несмотря на эта простота, основные черты организации нейронов и ключевые способности поведения являются общими для взрослых мух и млекопитающих. Здесь мы описываем анализ обучения павловского типа у личинок плодовой мухи. Группа личинок последовательно подвергается воздействию определенных запахи в присутствии или в отсутствие сахара, а затем проверяются, чтобы определить, предпочитают ли они ранее испытанный запах. с наградой. В протоколе используется двухгрупповая взаимная схема обучения: одна группа из личинок дрозофилы подвергается воздействию n -амилацетата (AM) с вознаграждением в виде сахара (+), а затем подвергается воздействию 1-октанола (OCT) с без вознаграждения (обозначается AM+/OCT).Другая группа проходит взаимное обучение (AM/OCT+). Затем две группы личинок проверяют на их выбор между утра и октября. Относительно более высокие предпочтения в отношении AM после обучения AM+/OCT, чем после обучения AM/OCT+, отражают ассоциативное обучение. и количественно оцениваются индексом обучения (LI). Этот метод предлагает надежный, простой, дешевый и достаточно быстрый тест для обучения. способность (доступна и аверсивная версия, в которой в качестве наказания используется либо соль с высокой концентрацией, либо хинин).С совместными усилиями исследовательского сообщества Drosophila , мы ожидаем, что это позволит нам раскрыть всю схему, лежащую в основе обучения обонянию и вкусу на одноклеточном уровень.

    • © 2013 Cold Spring Harbour Laboratory Press

    Идентификация нейронной основы холодовой акклиматизации у личинок дрозофилы

    https://doi.org/10.1016 / J.ICHI.2021.102657.ICHI.2021.102657GET ПРАВА И СОДЕРЖАНИЕ

    Основные моменты

    Larvae Larvae реагируют на холод через поведение, которые, очевидно, не являются защитными

    генетически молчаливые холодные ноцицепторы приводит к невозможности Cold Acclimate

    Cold Accimation Приводит к гиперсибилизации Nociceptor

    Холодный допуск может быть улучшен путем активации холодных ноцицепторов Sans Cold

    Сводка

    Низкие температуры могут быть фатальными для насекомых, но многие виды развили способность акклиматизироваться к холоду, что повысило их устойчивость к холоду.Ранее было показано, что личинки Drosophila melanogaster проявляют поведение, вызванное холодом, под контролем вредных нейронов, чувствительных к холоду (ноцицепторов), но неизвестно, как нервная система может участвовать в холодоустойчивости. Здесь мы описываем холодово-ноцицептивное поведение среди 11 видов дрозофилид; мы обнаружили, что преобладающей реакцией личинок, вызванной холодом, является поведение сокращения голова к хвосту, которое, вероятно, унаследовано от общего предка, но вряд ли будет защитным.Поэтому мы проверили гипотезу о том, что холодовая ноцицепция защищает личинок, запуская холодовую акклиматизацию. Мы обнаружили, что ноцицептора Drosophila melanogaster класса III сенсибилизированы акклиматизацией к холоду и критичны к ней, и что акклиматизация к холоду может быть вызвана оптогенетически, без холода. В совокупности эти находки демонстрируют, что ноцицепция холода составляет основу периферической нервной системы для адаптации личинок Drosophila к холоду.

    Тематические зоны

    Биологические науки

    биологические науки

    физиология

    нейробиология

    поведенческая нейробиология

    клеточная нейробиология

    сенсорная нейробиология

    Рекомендуемая статьи со статей (0)

    © 2021 Автор (ы).

    Рекомендуемые статьи

    Цитирующие статьи

    Восприятие мягкости и обучение у личинок дрозофилы | Журнал экспериментальной биологии

    Личинки Drosophila melanogaster предпочитают мягкий агар. Наши эксперименты по ассоциативному обучению показывают, что личинки могут обучаться мягкости в качестве вознаграждения, связанного с запахом, и искать более мягкий субстрат, используя свою память о запахе. Наши результаты подтвердили большинство результатов Apostolopoulou et al.(2014). Мы также обнаружили, что личинки оценивают пищу, уравновешивая мягкость и сладость, и что генетический фон влияет на предпочтение личинками мягкости.

    Недавние исследования показали, что личинки демонстрируют коллективное социальное поведение (Wu et al., 2003; Xu et al., 2008; Durisko et al., 2014; Dombrovski et al., 2017). В частности, личинки коллективно вгрызаются в пищу в одном месте и образуют личиночное скопление (Dombrovski et al., 2017). Этот коллективный эффект может повлиять на наши поведенческие результаты, но этот эффект, вероятно, будет ограниченным, потому что не все личинки были вовлечены в такое поведение рытья в течение короткого периода наблюдения в наших измерениях.

    Чтобы установить, связано ли пищевое поведение с предпочтением мягкости, мы измерили количество съеденного у личинок третьего возраста. В анализе с двойным кругом, когда внутренний агар был мягче, личинки поглощали больше внутреннего агара по сравнению с контролем в течение 30  мин (рис. 1D). Тенденция наблюдалась в течение 10  мин в присутствии фруктозы (рис. 3D). Однако в полностью заполненной чашке с чистым агаром личинки поглощали 0,5% агара в количестве, равном 1.0 % агара в течение 30  мин (рис. S2A). Апостолопулу и др. (2014) получили другой результат, используя полностью заполненную чашку с чистым агаром в течение 30  мин, на которой личинки поглощали 0,5% агара меньше, чем 1,0% агара. Мы также измерили потребление на полностью заполненной чашке с добавлением фруктозы в течение 10  мин, и личинки проглотили 0,5% агара меньше, чем 1,0% агара (рис. S2B). Мы подозреваем, что потребление на полностью заполненных чашках с чистым агаром было насыщенным в нашем анализе. Однако, объединив эти результаты, мы не смогли определить, почему личинки предпочитают более мягкие субстраты.Возможны две причины. Во-первых, это может позволить им избежать хищников или избежать обезвоживания. Еще одним преимуществом кормления является выбранный ими субстрат, более мягкий или твердый.

    Мы показали, что личинки предпочитают более мягкие субстраты. Мы также продемонстрировали, что личинки могут обучаться мягкости в качестве награды, связанной с запахом. Эти результаты подтверждают предыдущий отчет, опубликованный Apostolopoulou et al.(2014), которые показали, что личинки могут различать различия в концентрации агарозы и в качестве вознаграждения способны изучать мягкость 0,5% агарозы. Кроме того, мы показали, что на более твердом субстрате личинки ищут более мягкий субстрат, используя память, связанную с запахом. Следует рассмотреть возможность того, что 1,0% агароза действует как наказание, но мы предполагаем, что это маловероятно. Если бы это было так, то в случае ЭМ личинки продемонстрировали бы отрицательное предпочтение АМ. Однако они продемонстрировали нейтральное предпочтение AM (рис.2С, справа). Более того, мы обнаружили, что если более сладкая пища является сравнительно твердой, личинки выбирают более мягкую пищу, даже если она менее сладкая. Аналогичное взаимодействие между мягкостью и сладостью недавно было зарегистрировано в пищевом поведении взрослых особей (Jeong et al., 2016). Кроме того, Apostolopoulou et al. (2014) показали, что поведенческая реакция личинок на горькие соединения зависит от концентрации агарозы. Во всех этих случаях мягкость влияет на предпочтения в еде.

    Личинки демонстрируют различные модели поведения: ползание, копание и копание.Важно установить, посредством какого поведенческого процесса личинки чувствуют мягкость. Предпочтение более мягкому агару становится очевидным после 5 мин тестирования (рис. 1B). В это время личинки не проявляют роющего поведения. В эксперименте по обонятельному обучению 3  мин достаточно, чтобы личинки научились мягкости и продемонстрировали свои предпочтения (рис. 2D). Возможно, личинки чувствуют мягкость, когда ползают по поверхности агара. Однако мы не можем исключить возможность того, что они быстро перелопачивают во время ползания.Таким образом, мы должны определить механосенсорные нейроны, ответственные за ощущение мягкости.

    Разумно предположить, что в ощущение мягкости вовлечен механочувствительный канал. Два канала TRP, NANCHUNG и NOMPC, были обнаружены в качестве рецепторов для восприятия текстуры у взрослых (Jeong et al., 2016; Sánchez-Alcañiz et al., 2017, 2018). Известно, что у личинок эти два TRP-канала функционируют при восприятии звука (Zhang et al., 2013), а NOMPC необходим для мягкого ощущения прикосновения (Tsubouchi et al., 2012; Ян и др., 2013). Таким образом, это вероятные кандидаты на определение текстуры пищи у личинок. Следующий вопрос заключается в идентификации сенсорных нейронов, участвующих в восприятии текстуры у личинок. Есть три кандидата. Первым кандидатом являются хордотональные нейроны. Недавние исследования на взрослых показали, что nachung и nompC , которые экспрессируются в механосенсорных нейронах вкусовых сенсилл, необходимы для восприятия текстуры (Jeong et al., 2016; Sánchez-Alcañiz et al., 2017). У личинок NANCHUNG и NOMPC экспрессируются в хордотональных нейронах (Zhang et al., 2013; Gong et al., 2004; Lee et al., 2010), и эти нейроны равномерно распределены по стенке их тела (Makhijani et al. ., 2011; Grueber et al., 2002; von Hilchen et al., 2013). Вторым кандидатом являются мультидендритные нейроны, выстилающие стенку тела. Эти нейроны морфологически классифицируются в соответствии с четырьмя классами, I-IV (Grueber et al., 2002). В частности, нейроны класса III воспринимают слабые механические раздражители (Tsubouchi et al., 2012; Yan et al., 2013), тогда как нейроны класса IV воспринимают ноцицептивные стимулы (Hwang et al., 2007). Более того, трансмембранный каналоподобный белок (TMC), который экспрессируется в мультидендритных нейронах губной губы, участвует в восприятии текстуры у взрослых мух (Zhang et al., 2016). TMC личинок экспрессируется в мультидендритных нейронах класса I и II и участвует в сенсорной обратной связи для передвижения (Guo et al., 2016). Если все или какие-то из этих механосенсорных нейронов стенки тела вовлечены, личинки могут различать мягкость, ощущая различия в отклонении их стенки тела.Третий кандидат — механосенсорные нейроны в их головных органах. Как упоминалось во введении, личинки имеют три наружных и четыре внутренних органа чувств: наружные — ТО, ВО и ДО; внутренние – ДПС, ВПС, ППС и ДПО (Gerber et al., 2004; Kwon et al., 2011). Согласно предыдущим морфологическим исследованиям, в ТО и ВПС имеются потенциальные механосенсорные нейроны (Apostolopoulou et al., 2015; Green et al., 1983; Becher et al., 2012; Sokolowski et al., 1984; Chu-Wang and Axtell, 1972; Рист и Тум, 2017).Однако в недавнем анатомическом анализе TO, проведенном Rist and Thum (2017), нет сигнала UAS-GFP с какими-либо линиями Trp -Gal4 в TO (т. е. nan-Gal4, nompC-Gal4 или iav-Gal4 и т. д.). ). Следовательно, если личиночные органы головы участвуют в восприятии текстуры, VPS является более вероятным кандидатом, чем TO. Мы показали, что личинки могут интегрировать механическую информацию с хемосенсорной (рис. 3C), подразумевая, что механическая информация важна для питания. Кроме того, Чжон и соавт. (2016) обнаружили, что механосенсорные нейроны в вкусовых сенсиллах формируют тормозящий синаптический выход к хемосенсорным нейронам, которые чувствуют сладкий вкус у взрослых мух.В свете этих открытий механосенсорные нейроны, которые чувствуют мягкость пищи, могут присутствовать в хемосенсорных органах.

    Наша первоначальная попытка идентифицировать соответствующий нейрон и рецептор, участвующий в восприятии мягкости, не удалась из-за наличия генетических вариаций между несколькими штаммами дикого типа, как показано в результатах (рис. 4А). Было бы интересно определить, почему некоторые штаммы не предпочитают более мягкий субстрат.Измерения количества потребления в полностью заполненной тарелке также показали вариации в зависимости от генетического фона (рис. 4B). Более того, было обнаружено, что три штамма, которые не выбирали более мягкий агар, поглощали 0,5% агара меньше, чем 1,0% агара, тогда как другие штаммы потребляли 0,5% агара столько же, сколько 1,0% агара (рис. 4B). Одно из возможных объяснений состоит в том, что они не могли различить различия в агаре, если бы они не потребляли 0,5% агара так же, как 1,0% агара. Тем не менее, мухи Canton-S предпочитают более мягкие субстраты в течение 10  мин, несмотря на то, что поглощают 0.5% агара менее 1,0% агара (рис. 3C, рис. S2B). Соответственно, мы поддерживаем гипотезу о том, что вариации в предпочтении мягкости были вызваны вариациями кормовой среды. Ким и др. (2017) показали, что личинки D. suzukii на 2,0% агарозе копали больше времени, чем личинки D. melanogaster , что, по-видимому, вызвано разницей в кормовой среде мух: D. suzukii , в отличие от личинок D. melanogaster D. melanogaster , растет на свежих (твердых) плодах. С этой точки зрения существует вероятность того, что генетический фон влияет на пищевые привычки, вызывая вариации в предпочтении мягкости и количества пищи (рис.4А,Б). Если мы сможем преодолеть трудности, связанные с различиями в генетическом фоне, мы сможем идентифицировать нейронные механизмы восприятия мягкости.

    Поиск более мягкой пищи адаптивен для личинок в природе. Takamura (1984) показал, что твердость, которую самки мух предпочитают откладыванию яиц, варьируется у видов Drosophila и у D . melanogaster самки предпочитают 1.0% агар для места их яйцекладки. Личинкам постоянно приходится искать подходящую мягкость, чтобы зарыться в нее, чтобы накормить, спрятаться от хищников или избежать обезвоживания. Если они вылупятся на более твердом субстрате, им придется искать более мягкий субстрат. Действительно, в наших экспериментах по обучению обонянию личинки искали более мягкий субстрат, когда они находились на более твердом субстрате. Таким образом, кажется очевидным, что ощущение текстуры важно для личинок в природе.

    Метод пермеабилизации живых личинок Drosophila melanogaster для малых молекул и криопротекторов

    Введение

    Обыкновенная плодовая муха Drosophila melanogaster является широко используемым модельным организмом, пользующимся популярностью из-за его низкой стоимости, короткого времени генерации и тщательно изученного генома .Его личинки имеют множество применений, включая изучение воспаления [1], биологии рака [2,3] и открытие лекарств [4]. К преимуществам использования личинок дрозофилы относится возможность визуализации развития мышечной и нервной систем личинок с помощью флуоресцентной микроскопии, что возможно благодаря полупрозрачности личинок [5].

    При открытии лекарств общепринятым методом исследования является воздействие лекарства на живую систему и отслеживание его воздействия на белковую или молекулярную систему.В культуре клеток и тканей это просто; клетки могут быть подвергнуты воздействию лекарств путем погружения клеток непосредственно в среду, содержащую интересующее соединение. Однако личинок Drosophila окружены восковым эпикутикулярным слоем [6]. Этот слой непроницаем для большинства веществ, включая воду и другие небольшие полярные молекулы. Разработан метод пермеабилизации эмбрионов дрозофилы [7] с использованием раствора гептана и лимонена 1:1. Это лечение позволило доставить нокодазол во внутренние ткани эмбрионов.При попытке применить этот метод к личинкам мы обнаружили, что он неизменно приводил к быстрой гибели личинок. Здесь мы адаптировали протокол Шульмана, Фолкера и Бейли, найдя оптимальное решение и время обработки для использования на живых личинках.

    Результаты

    Оптимизированный протокол пермеабилизации

    Наши первые попытки пермеабилизации личинок дрозофилы использовали раствор для пермеабилизации, состоящий из 50% гептана и 50% D-лимонена, с временем воздействия 100 секунд. Это решение было разработано Schulman et al.[7] для пермеабилизации эмбрионов дрозофилы . Эти попытки были успешными в проницаемости личинок для диацетата флуоресцеина (FDA), флуоресцентного красителя-трекера, однако в каждой попытке все личинки погибали в процессе. Впоследствии мы разработали нелетальный протокол. Было обнаружено, что личинки третьего возраста, подвергшиеся воздействию 10% гептана и 90% D-лимонена в течение ровно 45 секунд, стали проницаемы для FDA, не вызывая гибели.

    Полный протокол выглядит следующим образом:

    1. Получите личинок третьего возраста с помощью иглы для обработки или пинцета.Поместите их на стеклянную посуду для вскрытия (лимонен может повредить пластиковые контейнеры).

    2. Покройте личинок примерно 300 мкл пермеабилизирующего раствора (10 % гептана, 90 % лимонена) ровно на 45 секунд. Более длительное время обработки приводит к гибели большей части личинок. После лечения важно удалить раствор как можно быстрее.

    3. Аспирируйте и выбросьте пермеабилизирующий раствор, затем быстро промокните личинок салфеткой, чтобы удалить излишки раствора.

    4. Немедленно покройте личинок веществом, которое они должны поглощать. Время воздействия должно быть оптимизировано для конкретных веществ.

    Личинки могут быть проницаемы для диацетата флуоресцеина

    Для измерения поглощения диацетата флуоресцеина через 20 минут использовали флуоресцентную микроскопию. Считалось, что личинки впитали краситель, если его можно было визуально увидеть в личиночной ткани. Было обнаружено, что 70,6% обработанных личинок (n = 44 в 5 повторах партии) были проницаемы для FDA по сравнению с 5.3% необработанных контрольных личинок (n = 26 в 3 повторах партии) (p = 0,009) (рис. 1 и 2).

    Способ проницаемости Live Drosophila Melanogaster личинки для небольших молекул и криопротектантСТТТП: //doii.org/10.1080/19336934.202016 Опубликовано в Интернете:
    Опубликовано в Интернете:
    09 февраля 202019

    20 минут. 70,6% отдельных обработанных личинок были пермеабилизированы для FDA по сравнению с 5,3% контрольных личинок

    Метод пермеабилизации живых личинок Drosophila melanogaster для малых молекул и криопротекторовorg/10.1080/19336934.2020.1724051

    Опубликовано в Интернете:
    9 февраля 2020 г.

    Рисунок 2. Поглощение диацетата флуоресцеина визуализировали с помощью флуоресцентной микроскопии при 488 нм. (а) Живые непермеабилизированные личинки. (b) Живые пермеабилизированные личинки.(c) Выбракованные непермеабилизированные (слева) и пермеабилизированные (справа) личинки рядом друг с другом

    Пермеабилизированные личинки способны дожить до зрелого возраста и успешно размножаться

    Пермеабилизированные личинки отслеживались на предмет немедленного выживания (определялось по извивающимся через 20 минут) и развития до взрослой жизни. После развития до взрослой жизни мух подсчитывали и объединяли в один флакон, где им давали возможность размножаться. Было обнаружено, что 73,0% пермеабилизированных личинок выжили через 20 минут после процесса пермеабилизации по сравнению со 100% контрольных личинок и 54.6% пермеабилизированных личинок дожили до взрослой жизни по сравнению с 88,7% контрольных личинок. Эти различия не были статистически значимыми (p = 0,498 и p = 0,311 соответственно) (рис. 3). Было замечено, что выжившие мухи успешно размножаются друг с другом и производят новое поколение взрослых мух.

    Метод пермеабилизации живых личинок Drosophila melanogaster до малых молекул и криопротекторовhttps://doi.org/10.1080/19336934.2020.1724051

    За личинками следили на предмет краткосрочной выживаемости, измеряемой путем наблюдения за извивающимися личинками, и развития до взрослой жизни (обозначенных на графике как «выживание» и «взрослость» соответственно). 73,0% пермеабилизированных личинок выжили в течение как минимум 20 минут, а 54,6% пермеабилизированных личинок дожили до зрелого возраста после процесса пермеабилизации

    (обозначены на графике как «выживание» и «взрослость» соответственно).73,0% пермеабилизированных личинок выжили в течение не менее 20 минут, а 54,6% пермеабилизированных личинок дожили до зрелого возраста после процесса пермеабилизации

    Личинки были пермеабилизированы для этиленгликоля и ДМСО

    Затем мы проверили способность нашего протокола пермеабилизировать личинок для криопротекторов (ЦПД). Личинок обрабатывали пермеабилизирующим раствором, а затем замачивали в растворе CPA (25% ЭГ, 25% ДМСО в DPBS (об./об.)) в течение 20 минут. Эта концентрация CPA токсична при комнатной температуре и без надлежащей погрузочной рампы, поэтому смертность личинок здесь является мерой степени, в которой они проницаемы для CPA.Необработанных личинок также вымачивали в растворе CPA в течение 20 минут и использовали в качестве отрицательного контроля. Данные о выживании обработанных личинок, вымоченных в нетоксичном растворе FDA, использовали в качестве внутреннего контроля (n = 44 в 5 повторах партии, как указано выше). Было обнаружено, что только 9,4% личинок (n = 52 в 5 повторах партии) выжили при обработке пермеабилизирующим раствором, а затем вымачивании в растворе CPA, по сравнению со 100% личинок, вымоченных в растворе CPA без обработки (n = 17 в 3 партиях). повторяется) (p = 0.0001), и 73% обработанных пермеабилизирующим раствором без замачивания в растворе ЦПА (p = 0,0006) (рис. 4).

    Способ проницаемости Live Drosophila Melanogaster личинки для маленьких молекул и криопротектантСТПТП: //doi.org/10.1080/19336934.202016161694051

    Опубликовано в Интернете:
    09 февраля 202016

    Рис. 4. Личинки обрабатывали пермеабилизирующим раствором (10% гептан, 90% лимонен), а затем обрабатывали 50% раствором CPA (25% ЭГ, 25% ДМСО в DPBS). При обработке пермеабилизирующим раствором и замачивании в растворе ЦПА выжило 9,4 % личинок по сравнению со 100 % при замачивании в растворе ЦПА без обработки и 73 % при обработке пермеабилизирующим раствором без замачивания в растворе ЦПА

    Обсуждение

    Имеем разработал метод пермеабилизации живых личинок дрозофилы .Хотя методы проницаемости мертвых личинок и живых эмбрионов уже существуют [7,8], это первый протокол, который позволяет пермеабилизировать живых личинок, не убивая их, что позволяет им развиваться до зрелого возраста и размножаться. Следует отметить, что хотя снижение выживаемости (рис. 3) не было статистически значимым, это, вероятно, связано с относительно небольшим объемом выборки (до 5 экспериментов) и высокой вариабельностью показателя выживаемости. Таким образом, вполне вероятно, что пермеабилизация действительно негативно влияет на выживание и развитие личинок до взрослой жизни.Хотя легко приобрести личинок в достаточном количестве, чтобы гарантировать, что многие из них выживут для дальнейших экспериментов, рекомендуется использовать пермеабилизированную контрольную группу, если токсичность является значимым результатом эксперимента. Второе ограничение нашего метода заключается в том, что выживаемость сильно зависит от точного времени, в течение которого личинки подвергаются воздействию пермеабилизатора; как ни странно, несколько секунд чрезмерного воздействия пермеабилизирующего раствора могут привести к гибели всех личинок. Взаимосвязь между поглощением красителя и временем нанесения красителя не исследовалась, но поглощение красителя, вероятно, следует стандартной механике диффузии, при которой внутренняя концентрация красителя увеличивается со временем, пока не будет достигнуто равновесие.Более длительное время инкубации с гептаном/лимоненом почти всегда приводит к летальному исходу, но мертвые личинки неизменно поглощают большое количество красителя. То же самое (высокая летальность, высокое поглощение красителя) наблюдается при увеличении доли гептана до 50%. Таким образом, поглощение красителя (вероятно) пропорционально времени обработки, времени инкубации красителя и доле гептана в растворе. Дальнейшие попытки оптимизации могут выиграть от снижения концентрации гептана ниже 10%, что может снизить чувствительность обработки ко времени, сделав оптимальное время обработки более длительным, но менее критичным.

    Мы продемонстрировали, что обработанные личинки проницаемы для диацетата флуоресцеина и раствора CPA, содержащего этиленгликоль и ДМСО. Вполне вероятно, что наш метод делает личинок проницаемыми для многих других молекул, а это означает, что существует множество потенциальных применений для этого протокола: во-первых, лекарства и другие интересующие вещества могут быть доставлены в ткани личинок, что полезно для введения веществ, которые не всасывается через пищеварительный тракт личинок. Это находит применение в тестировании на токсичность и открытии лекарств.Во-вторых, возможно окрашивание пермеабилизированных личинок с использованием тканеспецифических красителей, что позволяет визуализировать определенные внутренние структуры в реальном времени. В-третьих, поскольку личинки пермеабилизированы для этиленгликоля и/или ДМСО, может быть разработан протокол криоконсервации личинок дрозофилы путем введения CPA в ткани личинок [9]. Наконец, мы обнаружили, что пермеабилизация позволяет фиксировать личинок с помощью параформальдегида, чтобы сохранить их для последующего окрашивания и визуализации. Хотя наш метод, по-видимому, удаляет внешний восковой слой личинок, любые молекулы, которые должны быть поглощены, должны по-прежнему иметь возможность проникать через клеточные и базальные мембраны.Это ограничение по размеру/полярности можно преодолеть, объединив наш метод с другими механизмами доставки, которые чаще используются в клеточной биологии; такие как липосомы, наночастицы, полимеры, электропорация и пептиды-носители [10].

    Методы

    Обращение с дрозофилами

    Мух (выловленных в дикой природе Drosophila melanogaster , Ланкастер, Великобритания) культивировали на среде сахар/лабиринтный агар (8,5 % сахара, 6 % лабиринтного мела, 10 % агара, 2 % автолизированных дрожжей, 3 % пропионовой кислоты, 2.5% нипагина), в пластиковых флаконах по 50 мл при 25ºC с 12-часовым циклом день/ночь.

    Разработка пермеабилизирующего раствора и протокол

    Личинок разных стадий собирали и помещали в стеклянную секционную пластину. Затем личинок подвергали воздействию 10–50% гептана, разбавленного в D-лимонене (оба Sigma), в течение периодов времени от 100 до 45 секунд. После обработки личинок замачивали в 62,5 мкг/мл диацетата флуоресцеина (FDA) в DPBS. Поглощение диацетата флуоресцеина визуализировали с помощью флуоресцентной микроскопии при 488 нм с микроскопом Leica MZ10F и программным обеспечением Leica Las X.Выживших личинок переносили на свежую среду и наблюдали за их развитием до взрослой стадии.

    Анализ токсичности криопротекторов

    Личинки были пермеабилизированы с использованием описанного выше оптимизированного метода. Затем они подвергались воздействию раствора CPA (25% ЭГ, 25% ДМСО в DPBS) (все Sigma) в течение 20 минут. Наблюдали за личинками, чтобы определить выживание, определяемое как продолжающееся извивающееся движение.

    Статистика

    Prism 6 (GraphPad) использовался для статистического анализа и получения цифр. Для анализа поглощения красителя FDA использовали двусторонний Т-тест (рис. 1).ANOVA использовался для выживаемости после пермеабилизации (рис. 3) и применения CPA (рис. 4) с использованием теста множественных сравнений Тьюки и поправки Гейссера-Гринхауса. р-значения ниже 0,05 считались статистически значимыми.

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

    Рисунок 1. Третий ISTAR личинки были обработаны с 300 мкл пермеабилизирующего раствора (10 % гептана, 90 % лимонена) в течение 45 секунд, а затем погрузить в диацетат флуоресцеина на 20 минут.70,6% отдельных обработанных личинок были пермеабилизированы для FDA по сравнению с 5,3% контрольных личинок

    Рисунок 2. Поглощение диацетата флуоресцеина визуализировали с помощью флуоресцентной микроскопии при 488 нм. (а) Живые непермеабилизированные личинки. (b) Живые пермеабилизированные личинки. (c) Выбракованные непермеабилизированные (слева) и пермеабилизированные (справа) личинки рядом друг с другом

    Рисунок 4. Личинки были обработаны с использованием проницаемости раствор (10% гептан, 90% лимонен), а затем подвергали воздействию 50% раствора CPA (25% ЭГ, 25% ДМСО в DPBS).9,4% личинок выжили при обработке пермеабилизирующим раствором и замачивании в растворе ЦПА, по сравнению со 100% выдержанных в растворе ЦПА без обработки и 73% обработанных пермеабилизирующим раствором без замачивания в растворе ЦПА