Неинвазивная регистрация электроретинограммы от обоих сложных глаз у таракана Periplaneta americana L. в ответ на световые стимулы

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

В работе представлен оригинальный метод неинвазивного отведения электроретинограммы от обоих сложных глаз насекомого. Метод показал высокую надежность и повторяемость результатов. Фотоэффект, искажающий амплитуду и форму ответа, был устранен использованием золотого отводящего электрода. С помощью этого метода показано, что величина ответов глаз мутантных тараканов pearl, лишенных экранирующего пигмента, на световой стимул примерно в четыре раза превышает ответы насекомых дикого типа. Время до пика ответа снижалось при увеличении интенсивности стимулирующего света для коротковолновых и длинноволновых стимулов. Тараканы pearl демонстрировали более быстрое, чем тараканы дикого типа, достижение максимума ответа. Результаты ковариационного анализа свидетельствуют, что эти различия не могут быть полностью объяснены увеличением числа фотонов, достигающих фоторецепторных мембран. Это предполагает дополнительные различия в физиологии сложного глаза мутантов и особей дикого типа. Положительное отклонение потенциала после окончания световой стимуляции зависело от интенсивности света и отражало гиперполяризацию рецепторных клеток.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Е. С. Новикова

Институт эволюционной физиологии и биохимии РАН

Email: mzhukovskaya@rambler.ru
Россия, 194223, Санкт-Петербург, пр. Тореза, 44

М. Л. Астахова

Институт эволюционной физиологии и биохимии РАН

Email: mzhukovskaya@rambler.ru
Россия, 194223, Санкт-Петербург, пр. Тореза, 44

А. Ю. Ротов

Институт эволюционной физиологии и биохимии РАН

Email: mzhukovskaya@rambler.ru
Россия, 194223, Санкт-Петербург, пр. Тореза, 44

М. И. Жуковская

Институт эволюционной физиологии и биохимии РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: mzhukovskaya@rambler.ru
Россия, 194223, Санкт-Петербург, пр. Тореза, 44

Список литературы

  1. Грибакин Ф. Г. Механизмы фоторецепции насекомых. Л.: Наука, 1981. 213 с.
  2. Butler R. The anatomy of the compound eye of Periplaneta americana L. 1. General features J. Comp. Physiol. 1973a. V. 83. P. 223–238. https://doi.org/10.1007/BF00693676
  3. Butler R. The anatomy of the compound eye of Periplaneta americana L. 2. Fine structure. J. Comp. Physiol. 1973b. V. 83. P. 239–262. https://doi.org/: 10.1007/BF00693677
  4. Chen B., Meinertzhagen I. A., Shaw S. R. Circadian rhythms in light-evoked responses of the fly’s compound eye, and the effects of neuromodulators 5-HT and the peptide PDF. J. Comp. Physiol. A. 1999. V. 185. P. 393–404. https://doi.org/: 10.1007/s003590050400
  5. Cronin T. W., Järvilehto M., Weckström M., Lall A. B. Tuning of photoreceptor spectral sensitivity in fireflies (Coleoptera: Lampyridae). J. Comp. Physiol. A. 2000. V. 186. P. 1–12. https://doi.org/10.1007/s003590050001
  6. Crook D. J., Hull-Sanders H.M., Hibbard E. L., Mastro V. C. A comparison of electrophysiologically determined spectral responses in six subspecies of Lymantria. J. Econ. Entomol. 2014. V. 107. P. 667–674. https://doi.org/10.1603/EC13464
  7. Crook D. J., Chiesa S. G., Warden M. L., Nadel H., Ioriatti C., Furtado M. Electrophysiologically determined spectral responses in Lobesia botrana (Lepidoptera: Tortricidae). J. Econ. Entomol. 2022. V. 115(5). P. 1499–1504. https://doi.org/10.1093/jee/toac124
  8. Dolph P., Nair A., Raghu P. Electroretinogram recordings of Drosophila. Cold Spring Harb Protoc. 2011. V. 2011(1). P. pdb-prot5549. https://doi.org/10.1101/pdb.prot5549
  9. Fabietti M., Mahmud M., Lotfi A., Kaiser M. S., Averna A., Guggenmos D. J., Nudo R. J., Chiappalone M., Chen J. SANTIA: a Matlab-based open-source toolbox for artifact detection and removal from extracellular neuronal signals. Brain Informatics. 2021. V. 8. P. 1–19. https://doi.org/10.1186/s40708–021–00135–3
  10. French A. S., Meisner S., Liu H., Weckström M., Torkkeli P. H. Transcriptome analysis and RNA interference of cockroach phototransduction indicate three opsins and suggest a major role for TRPL channels. Frontiers in physiology. 2015. V. 6. P. 207. https://doi.org/10.3389/fphys.2015.00207
  11. Frolov R. V., Severina I., Novikova E., Ignatova I. I., Liu H., Zhukovskaya M., Torkkeli P. H., French A. S. Opsin knockdown specifically slows phototransduction in broadband and UV-sensitive photoreceptors in Periplaneta americana. J. Comp. Physiol. A. 2022. V. 208(5–6). P. 591–604. https://doi.org/10.1007/s00359-022-01580-z
  12. Goriachenkov A. A., Rotov A. Y., Firsov M. L. Developmental dynamics of the functional state of the retina in mice with inherited photoreceptor degeneration. Neuroscience and Behavioral Physiology. 2021. V. 51. P. 807–815. https://doi.org/10.1007/s11055-021-01137-8
  13. Gribakin F. G. Photoreceptor optics of the honeybee and its eye colour mutants: the effect of screening pigments on the long-wave subsystem of colour vision. J. Comp. Physiol. A. 1988. V. 164. P. 123–140. https://doi.org/10.1007/BF00612726
  14. Gribakin F. G., Ukhanov K. Y. Is the white eye of insect eye-color mutants really white? J. Comp. Physiol. A. 1990. V. 167. P. 715–721. https://doi.org/10.1007/BF00192666
  15. Gribakin F. G., Alekseyev Y. N., Ukhanov K. Y. Spectral sensitivity of white-eyed insect mutants in the UV, blue and green. Journal of Photochemistry and Photobiology B: Biology. 1996. V. 35(1–2). P. 13–18. https://doi.org/10.1016/1011-1344(96)07313-7
  16. Hochstrate P. Lanthanum mimicks the trp photoreceptor mutant of Drosophila in the blowfly Calliphora. J. Comp. Physiol. A. 1989. V. 166. P. 179–187. https://doi.org/10.1007/BF00193462
  17. Jansonius N. M. Properties of the sodium pump in the blowfly photoreceptor cell. J. Comp. Physiol. 1990. V. 167. P. 461–467. https://doi.org/10.1007/BF00190816
  18. Kelly K. M., Mote M. I. Avoidance of monochromatic light by the cockroach Periplaneta americana. Journal of insect physiology. 1990. V. 36(4). P. 287–291. https://doi.org/10.1016/0022-1910(90)90113-T
  19. Kugel M. The time course of the electroretinogram of compound eyes in insects and its dependence on special recording conditions. Journal of Experimental Biology. 1977. V. 71(1). P. 1–6. https://doi.org/10.1242/jeb.71.1.1.
  20. Mikulovic S., Pupe S., Peixoto H. M., Do Nascimento G. C., Kullander K., Tort A. B., Leão R. N. On the photovoltaic effect in local field potential recordings. Neurophotonics. 2016. V. 3(1). P. 015002. https://doi.org/10.1117/1.NPh.3.1.015002
  21. Mote M. I., Goldsmith T. H. Spectral sensitivities of color receptors in the compound eye of the cockroach Periplaneta. J. Exp. Zool. 1970. V. 173. P. 137–145. https://doi.org/10.1002/jez.1401730203
  22. Popkiewicz B., Prete F. R. Macroscopic characteristics of the praying mantis electroretinogram. Journal of insect physiology. 2013. V. 59(8). P. 812–823. https://doi.org/10.1016/j.jinsphys.2013.05.002
  23. Ross M. H., Cochran G., Smyth D. T. Eye-color mutations in the American cockroach, Periplaneta americana. Ann. Entomol. Soc. Am. 1964. V. 57. P. 790–792. https://doi.org/10.1093/aesa/57.6.790
  24. Saari P., Immonen E. V., Kemppainen J., Heimonen K., Zhukovskaya M., Novikova E., French A. S., Torkkeli P. H., Liu H., Frolov R. V. Changes in electrophysiological properties of photoreceptors in Periplaneta americana associated with the loss of screening pigment. J. Comp. Physiol. A. 2018. V. 204. P. 915–928. https://doi.org/10.1007/s00359-018-1290-0.
  25. Schirmer A. E., Prete F. R., Mantes E. S., Urdiales A. F., Bogue W. Circadian rhythms affect electroretinogram, compound eye color, striking behavior and locomotion of the praying mantis Hierodula patellifera. Journal of Experimental Biology. 2014. V. 217(21). P. 3853–3861. https://doi.org/10.1242/jeb.102947
  26. Sieving P. A., Fishman G. A., Maggiano J. M. Corneal wick electrode for recording bright flash electroretinograms and early receptor potentials. Archives of Ophthalmology. 1978. V. 96(5). P. 899–900. https://doi.org/10.1001/archopht.1978.03910050501024
  27. Wu J., Tian Y., Dong W., Han J. Protocol for electroretinogram recording of the Drosophila compound eye. STAR protocols. 2022. V. 3(2). P. 101286. https://doi.org/10.1016/j.xpro.2022.101286
  28. Zhukovskaya M. I. Modulation by octopamine of olfactory responses to nonpheromone odorants in the cockroach, Periplaneta americana L. Chemical senses. 2012. V. 37(5). P. 421–429. https://doi.org/10.1093/chemse/bjr121

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Оригинальная запись ЭРГ интактного таракана дикого типа. а — таракан № 2 (26.05.2021), ответ на 10 мс вспышку зеленого (525 нм) света средней интенсивности (2.1 108 фотонов/мм2/мс); б — таракан № 8 (19.05.2022), ответ на 100 мс вспышку УФ (365 нм) света высокой интенсивности (1.1 1011 фотонов/мм2/мс). Отметка стимула показана над кривыми. Смещение минимального значения напряжения к концу стимуляции свидетельствует о существенном вкладе фотоэффекта.

Скачать (157KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Амплитуды ответов на короткие (1–10 мс) вспышки возрастающей интенсивности зеленого (а, б) и УФ (в, г) света. Амплитуды ответов на стимулы длительностью 10–500 мс (б, г). Показаны средние и ошибки среднего.

Скачать (321KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Оригинальная запись ЭРГ интактного таракана дикого типа в ответ на 10 мс вспышку УФ (365 нм) света средней интенсивности (4.5 1010 фотонов/мм2/мс). а — таракан № 9 (19.05.2022), овершута нет; б — таракан № 12 (06.06.2022), овершут есть. Отметка стимула показана над кривыми.

Скачать (120KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Доля тараканов с положительным значением напряжения в точке 0.5 (а, б) и 1 (в) секунд после стимуляции (частота встречаемости овершутов). Для максимальной интенсивности света, использованного для стимуляции (б, в) приведены величины в ответ на вспышки длительностью 10–500 мс. Логарифмическая аппроксимация.

Скачать (274KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Зарегистрированное напряжение через 1 с после начала стимуляции для 10 мс стимулов увеличивающейся интенсивности (а, в) и стимулов максимальной интенсивности при увеличении длительности (б, г). Стимуляция зеленым (а, б) и УФ (в, г) светом. Показаны средние и ошибки среднего.

Скачать (256KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Время до пика ЭРГ тараканов в ответ на короткие вспышки (1—10 мс) зеленого (а, б) и УФ (в, г) света возрастающей интенсивности. Для максимальной интенсивности света приведены времена для стимулов возрастающей длительности (б, г). Показаны средние и ошибки среднего.

Скачать (258KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Фотоэффект. Таракан заменен на ватный тампон, смоченный раствором Рингера. а, б — хлорсеребряный электрод; в-золотой электрод; а — зеленый, б, в — УФ световой стимул.

Скачать (364KB)
Метаданные
9. Рис. 8. Зависимость времени до пика от амплитуды ответа: а — зеленый, б — УФ свет. Приведены средние значения для ответов на 10 мс вспышки света и логарифмическая аппроксимация.

Скачать (166KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024

Данный сайт использует cookie-файлы

Продолжая использовать наш сайт, вы даете согласие на обработку файлов cookie, которые обеспечивают правильную работу сайта.

О куки-файлах