Анализ инкубации
 | Эта статья может быть слишком технической для понимания большинства читателей . ( Апрель 2023 г. ) |
Эклозионные анализы — это экспериментальные процедуры, используемые для изучения процесса эклозии у насекомых, особенно у модельного организма дрозофилы (дрозофилы). Эклозия — это процесс, при котором взрослое насекомое выходит из куколки или из яйца вылупляется личинка насекомого. У с голометаболическим метаболизмом насекомых циркадные часы регулируют время вылета взрослых особей. Суточный ритм вылета взрослых особей этих насекомых был одним из первых циркадных ритмов, которые были исследованы. Циркадные часы этих насекомых обеспечивают ежедневный режим вылета, разрешая или запуская вылет в определенные периоды времени и предотвращая вылет в другие периоды.
Целью анализа эклозии является подсчет количества мух, выходящих с течением времени из развивающейся популяции, что дает информацию о циркадных часах у дрозофилы, подвергшейся экспериментальным манипуляциям. Например, с помощью монитора эклозии ученые могут изучить, как выключение определенного гена меняет поведенческое выражение биологических часов дрозофилы. Кроме того, циркадный ритм появления взрослых насекомых был одним из самых ранних хронобиологических явлений, которые необходимо было изучить, и оказал значительное влияние на область хронобиологии благодаря своему вкладу в понимание температурной компенсации, кривых фазового отклика и реакций на фотопериоды скелета. Анализ эклозии служит жизненно важным инструментом для исследователей, занимающихся хронобиологическими исследованиями. [ 1 ]
Bang Box
[ редактировать ]Bang Box — это первый экспериментальный анализ, разработанный для измерения эксплозии у плодовых мух. Первая модель взрывного ящика была разработана в лаборатории Принстонского университета , в основном аккредитованной Колином Питтендри , для измерения времени, в течение которого взрослые дрозофилиды выходили из популяций куколок в среде с контролируемым освещением и температурой. [ 2 ] Эта оригинальная модель работает путем закрепления куколок в пластиковых коробках с регулируемой температурой. Куколки собирают и прикрепляют к латунной удерживающей пластине. Затем удерживающую пластину прикрепляют к латунной монтажной пластине, температуру которой можно регулировать, а затем накрывают крышкой из акрилового стекла с конической горловиной. Конусообразная горловина расположена над флаконом с раствором моющего средства. Затем монтажную пластину помещают на соленоид, активируемый каждые 30 минут. Флаконы с моющим средством помещаются в круглый лоток, который вращается со скоростью один флакон в час. Активация позволяет поднимать и опускать монтажную пластину на резиновую пробку, которая вытряхивает всех мух, появившихся за последние 30 минут, во флакон с моющим средством. Исследователи подсчитали количество мух в каждом флаконе, чтобы определить время суток, когда активность выбросов была самой высокой. Питтендри использовал эту модель, чтобы продемонстрировать, что циркадные часы у дрозофилы температурно-компенсированы (то есть их период стабилен в широком диапазоне температур), а также для разработки ранней теоретической модели кривых фазового отклика. [ 2 ]
Ящик для взрыва был основным средством исследования в хронобиологии в 1960-х и 1970-х годах. Применение этого метода включает, помимо прочего:
- определение влияния внешних раздражителей на внутренние биологические часы мух,
- измерение циркадного ритма эклозии и
- определение того, как аллели генов, такие как гены менструации, способствуют наличию или сдвигам циркадного ритма дрозофилы .
Ящик взрыва позволяет визуализировать, что происходит с циркадными ритмами, когда ген выключается. Используя этот метод, исследователи смогли собрать большую выборку данных о количестве изолированных людей за каждый фиксированный период времени. [ 2 ] Кроме того, ранее Питтендри использовал коробку взрыва, чтобы сделать вывод, что на анализ фазы колебаний влияет кривая фазового отклика . [ 3 ] Более поздние исследования основываются на этой взаимосвязи, чтобы использовать анализы эклозии для изучения циркадных ритмов. Например, «бэнг-бокс» использовался для измерения активности эклозии с целью определения мутантов Clock на Х-хромосоме дрозофилы , которые радикально меняют период традиционного 24-часового циркадного ритма. [ 4 ]
Современные системы
[ редактировать ]В некоторых современных мониторах взрыва используется инфракрасная счетная электроника. В этих системах куколки приклеиваются к приподнятому диску так же, как и в оригинальной челке, а появившиеся мушки под действием силы тяжести попадают в одну трубку. [ 5 ] Мухи падают через инфракрасные лазеры на базе, которые содержат электронику, фиксирующую время взрыва. Этот метод использовался совсем недавно, в 2021 году, для оценки того, как центральные циркадные часы регулируют эклозию путем взаимодействия с эндокринным водителем ритма в переднегрудной железе . [ 1 ]
Некоторые ученые утверждают, что эта модель, хотя и более совершенная, чем прежняя конструкция «бокса», не может учитывать изменения температуры и освещенности, присутствующие в естественной среде обитания большинства мух. [ 6 ] Чтобы решить эти проблемы, ученые из Вюрцбургского университета разработали открытый монитор эклозии, где куколки и мухи подвергаются воздействию абиотических факторов окружающей среды. Камеры над взрывной пластиной записывают изображения мух, когда они выходят из куколок. Этот монитор также может отслеживать экклозию, регистрируя увеличение интенсивности света, когда темные куколки раскалываются во время эклозии, что позволяет свету из-под пластинки достигать камеры. Подобные системы визуализации использовались для измерения эклозии, а также других событий жизни дрозофилы , таких как окукливание и смерть. [ 7 ]
Методы на других организмах
[ редактировать ]Измерения эклозии у организмов, не принадлежащих к Dros, использовались в различных исследованиях для изучения хронобиологии и циркадных ритмов. Хотя дрозофила — это вид, который традиционно изучается в хронобиологических экспериментах, аналогичные эксперименты проводились и с другими организмами. Выпадение индийской мучной моли Plodia interpunctella изучалось с помощью инструментов, похожих на ящик для взрыва, чтобы изучить влияние температуры на циркадные ритмы. Недиапаузирующие личинки индийской мучной моли использовались для изучения ритмов вылета путем подсчета количества взрослых особей, выходящих из пищи в течение нескольких минут с часовыми интервалами. [ 8 ] В исследовании 2012 года, проведенном исследователями из Университета Тоямы , количество вылупившихся взрослых особей было объединено в ежедневных записях, чтобы проанализировать ритмы вылета бабочек. Количество насекомых, появившихся в разные моменты времени, регистрировали, когда личинки подвергались воздействию различных температур, и, таким образом, на основе этого метода был сделан вывод о температурной компенсации ритмов выхода индийской мучной моли.
Мотыльков также использовали в экспериментах по изучению влияния гормонов эклозии на хронобиологию. Эти эксперименты косвенно изучали эклозию, изучая пластификацию кутикулы крыльев табачной бабочки-рогака Manduca sexta . Поскольку пластификация кутикулы делает крылья бабочек нерастяжимыми за три-четыре часа до вылета, ученые могут изучать кутикулы, чтобы в конечном итоге изучить их выпадение. В этих исследованиях растяжимость крыла измеряется путем наблюдения за увеличением двух отметин на крыле, а активность гормона эклозии измеряется с помощью биологических анализов. Таким образом, комбинация этих двух измерений позволяет сделать выводы о том, как гормон эклозии связан с эклозией, а также с пластификацией кутикулы крыла. [ 9 ]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б Марк, Брэндон; Бустос-Гонсалес, Лилиана; Каскальярес, Гваделупа; Конехера, Фелипе; Эвер, Джон (6 июля 2021 г.). «Циркадные часы способствуют появлению взрослой особи дрозофилы, контролируя ход метаморфоза» . Труды Национальной академии наук . 118 (27): e2023249118. дои : 10.1073/pnas.2023249118 . ISSN 0027-8424 . ПМК 8271606 . ПМИД 34183412 .
- ^ Jump up to: а б с Циммерман, Уильям Ф.; Питтендри, Колин С.; Павлидис, Феодосий (1 мая 1968 г.). «Температурная компенсация циркадных колебаний у Drosophila pseudoobscura и ее увлечение температурными циклами» . Журнал физиологии насекомых . 14 (5): 669–684. дои : 10.1016/0022-1910(68)90226-6 . ISSN 0022-1910 . ПМИД 5655535 .
- ^ Питтендри, CS (01.10.1967). «Циркадные системы. I. Движущие колебания и их анализ у Drosophila pseudoobscura» . Труды Национальной академии наук . 58 (4): 1762–1767. дои : 10.1073/pnas.58.4.1762 . ISSN 0027-8424 . ПМК 223992 . ПМИД 5237901 .
- ^ Конопка, Рональд Дж.; Бензер, Сеймур (1 сентября 1971 г.). «Часовые мутанты Drosophila melanogaster» . Труды Национальной академии наук . 68 (9): 2112–2116. дои : 10.1073/pnas.68.9.2112 . ISSN 0027-8424 . ПМЦ 389363 . ПМИД 5002428 .
- ^ «Монитор эклозии дрозофилы DEM» (PDF) . Трикинетикс Инк. ОДИН . 2018 . Проверено 10 апреля 2023 г.
- ^ Руф, Франциска; Фраунгольц, Мартин; Охснер, Конрад; Кадершабек, Иоганн; Вегенер, Кристиан (28 июня 2017 г.). Остер, Хенрик (ред.). «WEclMon - Простая и надежная система на основе камеры для мониторинга выпадения дрозофилы при оптогенетических манипуляциях и естественных условиях» . ПЛОС ОДИН . 12 (6): e0180238. дои : 10.1371/journal.pone.0180238 . ISSN 1932-6203 . ПМЦ 5489222 . ПМИД 28658318 .
- ^ Сон, Ки Хён; Мацумура, Тайши; Шимада-Нива, Юко; Нива, Рюсуке; Канг, Сиу (10 ноября 2020 г.). Беллен, Хьюго Дж; Виджай Рагхаван, К; Эндрюс, Джонатан; О'Коннор, Майкл Б. (ред.). «Система мониторинга и обнаружения индивидуальной активности дрозофилы (DIAMonDS)» . электронная жизнь . 9 : е58630. doi : 10.7554/eLife.58630 . ISSN 2050-084X . ПМЦ 7655107 . ПМИД 33168136 .
- ^ Кикукава, Сигэру; Хасидзуме, Рё; Хонда, Михо; Иноуэ, Юкка; Маэкава, Тацуя; Миябаяси, Мина; Мори, Нацуко; Саката, Риса; Такахаси, Нанако; Такигаура, Юки; Танака, Куниаки; Учида, Ю (сентябрь 2012 г.). «Влияние фотопериода и температуры на ритм и свободное протекание взрослой особи индийской мучной моли Plodia interpunctella» . Физиологическая энтомология . 37 (3): 258–265. дои : 10.1111/j.1365-3032.2012.00842.x . S2CID 84592196 .
- ^ Рейнольдс, Стюарт Э. (1977). «Контроль растяжимости кутикулы крыльев взрослой мандуки во время эклозии: влияние гормона эклозии и бурсикона» . Журнал экспериментальной биологии . 70 (1): 27–39. дои : 10.1242/jeb.70.1.27 . Проверено 10 апреля 2023 г.