Sinirbilim

Locust Brain, Benzersiz Koku Kodunu Ortaya Çıkarıyor

Özet: Araştırmacılar, göçmen çekirgelerin beynindeki benzersiz koku kodlama sistemini deşifre etti. Transgenik çekirgeler ve gelişmiş görüntüleme kullanarak, çekirgenin koku alma merkezi olan anten lobunda kokuların halka şeklinde bir temsilini keşfettiler.

Tüm gelişim aşamalarında tutarlı olan bu alışılmadık mimari ve kodlama mekanizması, çekirge davranışı ve haşere kontrol stratejileri hakkında bilgi sağlayabilir.

Ana unsurlar:

  • Göçmen çekirgelerin anten loblarında halka şeklinde benzersiz bir koku kodlama sistemi vardır.
  • Bu kodlama sistemi kokuların hoşluk veya nahoşluklarından ziyade kimyasal yapısını yansıtır.
  • Bu koku kodlama mekanizmasını anlamak, etkili çekirge kontrol stratejilerinin geliştirilmesine yardımcı olabilir.

Kaynak: Max Planck Enstitüsü

Göçmen çekirge Göçmen çekirge Eski Ahit’te Mısır’a, İncil’de geçen on beladan sekizincisi olarak “büyüyen tüm bitkileri yok etmek için” geldiği söylenen, ekonomik açıdan önemli bir mahsul zararlısıdır.

Avrupa’da nadiren görülen göçmen çekirge, Afrika ve Asya’da sadece milyonlarca dolar değerinde hasara yol açmakla kalmıyor, aynı zamanda yerel halk üzerinde ölümcül bir etki yaratarak onların yiyeceklerini ve varlıklarını tehdit ediyor.

Çekirgeler iki aşamada ortaya çıkar: yalnız hayvanlar ve sürüler halinde. Böcekler en çok büyük sürüler halinde ortaya çıktıklarında ve tüm hasatı yok ettiklerinde korkulur.

Bu bir çekirgeyi gösteriyor.
Max Planck Kimyasal Ekoloji Enstitüsü’ndeki bilim adamları, böceklerin kokuları nasıl algıladıkları ve bunları beyinlerinde nasıl işledikleriyle ilgileniyorlar. Kredi: Nörobilim Haberleri

Göçmen çekirgeler, antenden koku bilgisini alan ve işleyen koku alma beyinlerinin (anten lobu) anatomik yapısıyla diğer böceklerden farklılık gösterir.

Keçiboynuzunun anten lobu, 2000’den fazla küresel fonksiyonel koku alma birimi olan glomeruli ile benzersiz ve alışılmadık bir nöronal mimariye sahipken, diğer böceklerin çoğunun anten lobunda yalnızca 20 ila 300 arasında glomerül bulunur.

Max Planck Kimyasal Ekoloji Enstitüsü’ndeki bilim adamları, böceklerin kokuları nasıl algıladıkları ve bunları beyinlerinde nasıl işledikleriyle ilgileniyorlar. Ancak her şeyden önce koku algısının davranışlarını nasıl etkilediğini bilmek istiyorlar.

“Amacımız, göçmen çekirgelerin anten lobundaki yapısal ve işlevsel birimler olan glomerüllerin son derece büyük popülasyonunda kokuların nasıl kodlandığına dair uzun zamandır devam eden bulmacayı çözmekti.

Keçiboynuzu anten lobunun bu son derece karmaşık mimarisi onlarca yıldır gözlemleniyor ancak koku kodlamanın altında yatan mekanizmalar, uygun yöntemlerin bulunmaması nedeniyle bir sır olarak kaldı” diyor çalışmanın ilk yazarı Xingcong Jiang.

CRISPR/Cas9 yönteminin tanıtılması, koku alma duyusu nöronlarında genetik olarak kodlanmış kalsiyum sensörü GCaMP’yi ifade eden ilk transgenik göçmen çekirgelerin oluşturulmasını mümkün kıldığından araştırmacılar için metodolojik bir atılımı temsil etti.

GCaMP, aktif olduklarında hücrelere salınan kalsiyumu bağladığında floresan ışık saçan bir proteindir. Bilim insanları, fonksiyonel 2-fotonlu kalsiyum görüntülemeyi kullanarak, göçmen çekirgenin altı gelişim aşamasının tamamında ekolojik olarak ilgili kokuların geniş bir yelpazesi için mekansal aktivasyon modellerini ölçebildiler ve haritalandırabildiler.

“Sonuçlarımız, belirli glomerüler kümelerden oluşan anten lobunun alışılmadık, işlevsel, halka şeklindeki organizasyonunu ortaya koyuyor.

“İyi karakterize edilmiş bir koku alma reseptörünün hedeflenen genetik ekspresyonuyla doğrulayabildiğimiz bu glomerüler düzenleme, gelişim boyunca mevcuttur ve glomerüler popülasyon içindeki koku kodlama modeli, ilk peri aşamasından sonuncusuna kadar tüm gelişim aşamalarında tutarlıdır. Çalışmanın liderlerinden biri olan Max Planck Enstitüsü Koku Kodlama Araştırma Grubu başkanı Silke Sachse, “yetişkin çekirge” diye özetliyor.

Göçmen çekirge sirke sineği gibi örnek bir organizma değil Drosophila melanogaster. Bu nedenle gen dönüşümü araştırmacılar için büyük bir zorluktu. Pek çok parametrenin incelenmesi gerekir, bu da süreci çok zaman alıcı hale getirir. Çekirgenin alışılmadık derecede büyük beyin hacmi, görüntü verilerinin yakalanmasını ve analiz edilmesini de zorlaştırıyor.

“Dünyada sahaya özel çakma yöntemini çekirgelere başarılı bir şekilde uygulayan ilk grubuz. Literatürden bu tür transgenesis için başarı oranının çok düşük olduğunu biliyoruz, ancak başardık” diyor Xingcong Jiang.

İlginç bir şekilde, keçiboynuzunun anten lobundaki kokuların uzaysal kodlaması, kokuların değerliklerinden (hoş ya da itici) ziyade kimyasal yapısını yansıtır; örneğin sineklerdekinin aksine, kokuların değeri zaten anten lobunda temsil edilir. hoş olmayan kokulardan farklı yapıları harekete geçiren hoş kokular.

“Belirli kimyasal sınıfların kokularının belirli bir modeli çağrıştırdığını gözlemledik: Örneğin, benzer kimyasal yapıya sahip ancak zıt davranışsal öneme sahip aromatik bileşikler, anten lobunun çevresel bölgelerinde daha güçlü tepkiler uyandırır.

Evrimsel Nöroetoloji Bölümü Direktörü Bill Hansson, “Koku değerinin temsilinin anten lobunda değil, mantar gövdesi ve yan boynuz gibi daha yüksek beyin merkezlerinde kodlandığı sonucuna vardık” diyor. yazarlar.

Koku kodunun halka yapısı, göçmen çekirgelerin benzersiz bir anatomik özelliğidir. Ancak bu kodlama mekanizmasının diğer çekirge türlerine mutlaka aktarılabilmesi mümkün değildir.

“Bu halka şeklindeki yapının daha kötü bir alternatif mi yoksa sineklerde bulduğumuz glomerüler düzenlemeye göre avantajları olan daha iyi bir çözüm mü olduğunu merak ediyoruz.

Aklında daha ileri çalışmalar bulunan Silke Sachse, “Diğer böcek türlerindeki koku kodlama kurallarını araştıran gelecekteki çalışmalar, diğer çekirge türlerinin de benzer bir kodlama modeli geliştirip geliştirmediğini gösterecek” diyor.

Böceklerin kokuları nasıl algılayıp işlediği ve koku algısının sonuçta davranışlarını nasıl etkilediği, böceklerin çevreleriyle ekolojik etkileşimlerinin daha derinlemesine anlaşılması için önemlidir. Bu, örneğin göçmen çekirgeler gibi mahsul zararlılarının kontrolünün optimize edilmesine yardımcı olabilir.

“Çekirge beyninin birincil koku alma merkezindeki koku kodlama mekanizmalarının daha iyi anlaşılmasının, olfaktör beyninin altında yatan nöronal modülasyon hakkındaki bilgimizi önemli ölçüde derinleştireceğine inanıyoruz.

Bu koku alma ve sinirbilim araştırma haberleri hakkında

Soyut

Göçmen çekirgelerin anten lobunda halka şeklindeki koku kodlaması

Öne Çıkanlar

  • Koku alma duyusu nöronlarında GCaMP6’ları eksprese etmek için transgenik bir çizgi kuruldu
  • Kalsiyum görüntüleme, glomerüler kümelerin işlevsel olarak halka şeklindeki koku kodunu ortaya çıkarır
  • Farklı halka bölgeleri kimyasal kimliği ve ekolojik önemi kodlar
  • Halka şeklindeki koku kodlama modeli, geliştirme boyunca tutarlı bir şekilde ortaya çıkar

Özet

Keçiboynuzunun anten lobundaki kokuların temsili, 2.000’den fazla glomerül ile uzun süredir kafa karıştırıcı bir bulmaca olarak kaldı. Koku alma duyusu nöronlarında genetik olarak kodlanmış kalsiyum göstergesi GCaMP’yi ifade eden transgenik çekirgeler oluşturmak için CRISPR-Cas9 sistemini kullandık.

İki fotonlu fonksiyonel görüntülemeyi kullanarak, altı gelişim aşamasının tamamında geniş bir yelpazedeki ekolojik olarak ilgili kokuları temsil eden mekansal aktivasyon modellerini haritalandırdık.

Bulgularımız, spesifik glomerüler kümelerden oluşan anten lobunun işlevsel olarak halka şeklinde bir organizasyonunu ortaya koymaktadır. Bu konfigürasyon, farklı kimyasal sınıfları ve ekolojik olarak farklı kokuları glomerüler halkalar şeklinde kodlayarak kokuya özgü bir kemotopik temsil oluşturur.

OR70a eksprese eden duyu nöronlarının seçici olarak hedeflenmesiyle doğruladığımız halka şeklindeki glomerüler düzenleme, gelişim boyunca meydana gelir ve glomerüler popülasyon içindeki koku kodlama modeli, gelişim aşamaları boyunca tutarlıdır.

Mekanik olarak, bu alışılmadık uzaysal koku kodu, anten lobunun çekirgeye özgü ve çoğullanmış glomerüler innervasyon modelini yansıtır.

Kaynak ve İleri Okuma: https://neurosciencenews.com/locust-olfactory-code-26338/

İlgili Makaleler

Başa dön tuşu