Fatty-Acid Preference Changes during Development in Drosophila melanogaster

Fatty-acids (FAs) are required in the diet of many animals throughout their life. However, the mechanisms involved in the perception of and preferences for dietary saturated and unsaturated FAs (SFAs and UFAs, respectively) remain poorly explored, especially in insects. Using the model species Drosophila melanogaster, we measured the responses of wild-type larvae and adults to pure SFAs (14, 16, and 18 carbons) and UFAs (C18 with 1, 2, or 3 double-bonds). Individual and group behavioral tests revealed different preferences in larvae and adults. Larvae preferred UFAs whereas SFAs tended to induce both a strong aversion and a persistent aggregation behavior. Adults generally preferred SFAs, and laid more eggs and had a longer life span when ingesting these substances as compared to UFAs. Our data suggest that insects can discriminate long-chain dietary FAs. The developmental change in preference shown by this species might reflect functional variation in use of FAs or stage-specific nutritional requirements, and may be fundamental for insect use of these major dietary components

Behavioural responses and long chain fatty acides preferences in Drosophila melanogaster

Les acides gras (AGs) sont des molécules nécessaires pour la survie des êtres vivants car ils participent à de nombreuses voies métaboliques et constituent un réservoir énergétique important. Malgré le lien établi entre les AGs et certaines maladies humaines (cancers, obésité, maladies cardiovasculaires), les mécanismes sous-jacents à la perception de ces composés ont été, jusqu’à présent, très peu explorés, en particulier chez les invertébrés. C'est l’une des raisons pour lesquelles, nous avons étudié, lors de notre thèse, la perception des AGs à longue chaine (C14:0, C16:0, C18:0, C18:1, C18:2, C18:3), en utilisant l’espèce modèle Drosophila melanogaster. Nous avons aussi tenté de caractériser quelques facteurs biologiques sous-jacents à la modulation de cette réponse. Nos observations comportementales, effectuées sur des individus ou des groupes issus des deux lignées sauvages Dijon2000 (Di2) et Canton-S, ont permis de démontrer que les larves étaient capables de distinguer ces AGs. En particulier, nous avons observé que les larves sont attirées par les AGs insaturés et fortement repoussées et/ou stressés par les AGs saturés. Ces derniers déclenchent d’ailleurs une forte réaction comportementale chez les groupes de larves qui montrent un phénomène durable d’agrégation. Une autre raison pour effectuer cette étude vient de la proximité structurale des AGs et des hydrocarbures cuticulaires qui servent de phéromones sexuelles chez les adultes. Ainsi, nous avons testé la réponse de mutants pour les gènes desat1 et CheB42a, qui sont impliqués dans la perception et/ou la discrimination de ces phéromones. Les larves mutantes desat1 ne montrent pas de comportement d’agrégation, ce qui suggère une altération de leur perception ou de leur réaction sur les AGs saturés. Nous avons ciblé des perturbations de desat1 dans divers tissus en combinant différentes lignées pilotes (correspondant aux différentes régions régulatrices de desat1) avec un transgène exprimant l’ARN interférent de desat1. Nous avons découvert qu’une région régulatrice ciblant l’ARN interférent dans une partie du cerveau perturbe la réponse aux AGs saturés, ce qui est cohérent avec le résultat précédent. Les larves portant le transgène CheB42a-Gal4 montrent des défauts plus subtils et néanmoins une répulsion moins forte vis-à-vis des AGs saturés. Nous avons tiré profit du temps court de génération de la drosophile pour réaliser deux expériences de sélection sur la lignée Di2, pendant environ 50 générations. Dans un premier temps, nous avons sélectionné, génération après génération, les larves montrant des réponses atténuées envers le C18:0, et nous avons observé, après 20 générations, une plus faible tendance à éviter cet AG. Dans un deuxième temps, nous avons élevé la lignée Di2 sur un milieu appauvri en AGs et nous avons noté que les larves ainsi élevées perçoivent anormalement le C18:3. Afin de vérifier si la préférence envers les AGs pouvait changer au cours de la vie, nous avons testé la réponse des adultes. Un test réalisé dans un olfactomètre, et visant à mesurer la réponse olfactive, montre que les adultes sont repoussés par le C18:3, et indifférents au C18:0. Un test de réponse gustative (répression de l’extension du proboscis) montre que les AGs insaturés répriment plus fortement la réponse que les AGs saturés. En conclusion, au cours de notre thèse, nous avons pu démontrer que les préférences envers les AGs saturés et insaturés varient au cours de la vie de la drosophile, peut-être en relation avec leurs besoins nutritifs. Les AGs semblent être perçus par olfaction, gustation, et peut être par mécanosensation.Fatty-acids (FAs) are crucial for animal survival and reproduction since these molecules are involved in many metabolic pathways and constitute a substantial store of energy. Despite the strong relationship established between excessive FA consumption and severe human etiologies (obesity, cancer, vascular diseases), our knowledge of the mechanisms underlying FA perception and preference is limited particularly in invertebrates. This is one of the reasons why we decided to investigate, during our PhD thesis, the perception of long-chain FAs (C14:0, C16:0, C18:0, C18:1, C18:2, C18:3), using the model species Drosophila melanogaster. We have also attempted to characterize some of the biological factors involved in the modulation of this response. Our behavioral tests, carried both on individuals and groups of the two wild-type strains Dijon2000 (Di2) and Canton-S, revealed that larvae are able to distinguish these FAs. More precisely, we observed that larvae are attracted by unsaturated FAs and strongly repulsed and/or stressed by saturated FAs. The latter compounds also induce a strong behavioral reaction in groups of larvae resulting into a long-lasting aggregation figure. Another reason to study FAs is their structural proximity with cuticular hydrocarbons which act as sex pheromones in adults. Therefore, we measured the behavioral response of mutants for the desat1 and CheB42a genes, both of which are involved in the perception and/or discrimination of these pheromones. The fact that mutant desat1 larvae do not show aggregation behavior suggests that they have an abnormal perception or reaction to saturated FAs. We then targeted genetic alteration of desat1 using drivers (made with different regulatory regions of desat1) combined with a transgene carrying the interferential RNA of desat1. When targeting a specific brain region, we found that larvae do not properly react to C18:0. This result is coherent with the defect described above. On the other hand, larvae carrying the CheB42a-Gal4 transgene exhibit more subtle defects including a slightly altered reaction to saturated FAs. We also took advantage of the short generation time of D. melanogaster to perform two selection experiments using the parental Di2 strain during 50 generations. First, we selected, generation after generation, larvae showing decreased aversive response to C18:0, and we observed, after 20 generations, a weaker tendency to avoid this FA. Second, we maintained the Di2 strain on a food with a poor FA content, and we noted that resulting larvae show an altered response to C18:3. To check whether FA preference could change during life time, we also measured adult behavior. A first test performed in a olfactometer to assess olfactory response, revealed that flies are repulsed by C18:3, but are indifferent to C18:0. A second test assessing adult gustatory response (with the repression of the proboscis extension reflex) showed that unsaturated FAs repress behavior more strongly than saturated FAs. In summary, during our PhD thesis, we have shown that FA preference can change during the life of D. melanogaster, maybe in relation with different nutritional requirements. FAs seem to be perceived by olfaction, taste and maybe mechanosensation

Réponses comportementales et préférences envers les acides gras à longue chaîne chez Drosophila melanogaster

Fatty-acids (FAs) are crucial for animal survival and reproduction since these molecules are involved in many metabolic pathways and constitute a substantial store of energy. Despite the strong relationship established between excessive FA consumption and severe human etiologies (obesity, cancer, vascular diseases), our knowledge of the mechanisms underlying FA perception and preference is limited particularly in invertebrates. This is one of the reasons why we decided to investigate, during our PhD thesis, the perception of long-chain FAs (C14:0, C16:0, C18:0, C18:1, C18:2, C18:3), using the model species Drosophila melanogaster. We have also attempted to characterize some of the biological factors involved in the modulation of this response. Our behavioral tests, carried both on individuals and groups of the two wild-type strains Dijon2000 (Di2) and Canton-S, revealed that larvae are able to distinguish these FAs. More precisely, we observed that larvae are attracted by unsaturated FAs and strongly repulsed and/or stressed by saturated FAs. The latter compounds also induce a strong behavioral reaction in groups of larvae resulting into a long-lasting aggregation figure. Another reason to study FAs is their structural proximity with cuticular hydrocarbons which act as sex pheromones in adults. Therefore, we measured the behavioral response of mutants for the desat1 and CheB42a genes, both of which are involved in the perception and/or discrimination of these pheromones. The fact that mutant desat1 larvae do not show aggregation behavior suggests that they have an abnormal perception or reaction to saturated FAs. We then targeted genetic alteration of desat1 using drivers (made with different regulatory regions of desat1) combined with a transgene carrying the interferential RNA of desat1. When targeting a specific brain region, we found that larvae do not properly react to C18:0. This result is coherent with the defect described above. On the other hand, larvae carrying the CheB42a-Gal4 transgene exhibit more subtle defects including a slightly altered reaction to saturated FAs. We also took advantage of the short generation time of D. melanogaster to perform two selection experiments using the parental Di2 strain during 50 generations. First, we selected, generation after generation, larvae showing decreased aversive response to C18:0, and we observed, after 20 generations, a weaker tendency to avoid this FA. Second, we maintained the Di2 strain on a food with a poor FA content, and we noted that resulting larvae show an altered response to C18:3. To check whether FA preference could change during life time, we also measured adult behavior. A first test performed in a olfactometer to assess olfactory response, revealed that flies are repulsed by C18:3, but are indifferent to C18:0. A second test assessing adult gustatory response (with the repression of the proboscis extension reflex) showed that unsaturated FAs repress behavior more strongly than saturated FAs. In summary, during our PhD thesis, we have shown that FA preference can change during the life of D. melanogaster, maybe in relation with different nutritional requirements. FAs seem to be perceived by olfaction, taste and maybe mechanosensation.Les acides gras (AGs) sont des molécules nécessaires pour la survie des êtres vivants car ils participent à de nombreuses voies métaboliques et constituent un réservoir énergétique important. Malgré le lien établi entre les AGs et certaines maladies humaines (cancers, obésité, maladies cardiovasculaires), les mécanismes sous-jacents à la perception de ces composés ont été, jusqu’à présent, très peu explorés, en particulier chez les invertébrés. C'est l’une des raisons pour lesquelles, nous avons étudié, lors de notre thèse, la perception des AGs à longue chaine (C14:0, C16:0, C18:0, C18:1, C18:2, C18:3), en utilisant l’espèce modèle Drosophila melanogaster. Nous avons aussi tenté de caractériser quelques facteurs biologiques sous-jacents à la modulation de cette réponse. Nos observations comportementales, effectuées sur des individus ou des groupes issus des deux lignées sauvages Dijon2000 (Di2) et Canton-S, ont permis de démontrer que les larves étaient capables de distinguer ces AGs. En particulier, nous avons observé que les larves sont attirées par les AGs insaturés et fortement repoussées et/ou stressés par les AGs saturés. Ces derniers déclenchent d’ailleurs une forte réaction comportementale chez les groupes de larves qui montrent un phénomène durable d’agrégation. Une autre raison pour effectuer cette étude vient de la proximité structurale des AGs et des hydrocarbures cuticulaires qui servent de phéromones sexuelles chez les adultes. Ainsi, nous avons testé la réponse de mutants pour les gènes desat1 et CheB42a, qui sont impliqués dans la perception et/ou la discrimination de ces phéromones. Les larves mutantes desat1 ne montrent pas de comportement d’agrégation, ce qui suggère une altération de leur perception ou de leur réaction sur les AGs saturés. Nous avons ciblé des perturbations de desat1 dans divers tissus en combinant différentes lignées pilotes (correspondant aux différentes régions régulatrices de desat1) avec un transgène exprimant l’ARN interférent de desat1. Nous avons découvert qu’une région régulatrice ciblant l’ARN interférent dans une partie du cerveau perturbe la réponse aux AGs saturés, ce qui est cohérent avec le résultat précédent. Les larves portant le transgène CheB42a-Gal4 montrent des défauts plus subtils et néanmoins une répulsion moins forte vis-à-vis des AGs saturés. Nous avons tiré profit du temps court de génération de la drosophile pour réaliser deux expériences de sélection sur la lignée Di2, pendant environ 50 générations. Dans un premier temps, nous avons sélectionné, génération après génération, les larves montrant des réponses atténuées envers le C18:0, et nous avons observé, après 20 générations, une plus faible tendance à éviter cet AG. Dans un deuxième temps, nous avons élevé la lignée Di2 sur un milieu appauvri en AGs et nous avons noté que les larves ainsi élevées perçoivent anormalement le C18:3. Afin de vérifier si la préférence envers les AGs pouvait changer au cours de la vie, nous avons testé la réponse des adultes. Un test réalisé dans un olfactomètre, et visant à mesurer la réponse olfactive, montre que les adultes sont repoussés par le C18:3, et indifférents au C18:0. Un test de réponse gustative (répression de l’extension du proboscis) montre que les AGs insaturés répriment plus fortement la réponse que les AGs saturés. En conclusion, au cours de notre thèse, nous avons pu démontrer que les préférences envers les AGs saturés et insaturés varient au cours de la vie de la drosophile, peut-être en relation avec leurs besoins nutritifs. Les AGs semblent être perçus par olfaction, gustation, et peut être par mécanosensation

Réponses comportementales et préférences envers les acides gras à longue chaîne chez Drosophila melanogaster

Les acides gras (AGs) sont des molécules nécessaires pour la survie des êtres vivants car ils participent à de nombreuses voies métaboliques et constituent un réservoir énergétique important. Malgré le lien établi entre les AGs et certaines maladies humaines (cancers, obésité, maladies cardiovasculaires), les mécanismes sous-jacents à la perception de ces composés ont été, jusqu à présent, très peu explorés, en particulier chez les invertébrés. C'est l une des raisons pour lesquelles, nous avons étudié, lors de notre thèse, la perception des AGs à longue chaine (C14:0, C16:0, C18:0, C18:1, C18:2, C18:3), en utilisant l espèce modèle Drosophila melanogaster. Nous avons aussi tenté de caractériser quelques facteurs biologiques sous-jacents à la modulation de cette réponse. Nos observations comportementales, effectuées sur des individus ou des groupes issus des deux lignées sauvages Dijon2000 (Di2) et Canton-S, ont permis de démontrer que les larves étaient capables de distinguer ces AGs. En particulier, nous avons observé que les larves sont attirées par les AGs insaturés et fortement repoussées et/ou stressés par les AGs saturés. Ces derniers déclenchent d ailleurs une forte réaction comportementale chez les groupes de larves qui montrent un phénomène durable d agrégation. Une autre raison pour effectuer cette étude vient de la proximité structurale des AGs et des hydrocarbures cuticulaires qui servent de phéromones sexuelles chez les adultes. Ainsi, nous avons testé la réponse de mutants pour les gènes desat1 et CheB42a, qui sont impliqués dans la perception et/ou la discrimination de ces phéromones. Les larves mutantes desat1 ne montrent pas de comportement d agrégation, ce qui suggère une altération de leur perception ou de leur réaction sur les AGs saturés. Nous avons ciblé des perturbations de desat1 dans divers tissus en combinant différentes lignées pilotes (correspondant aux différentes régions régulatrices de desat1) avec un transgène exprimant l ARN interférent de desat1. Nous avons découvert qu une région régulatrice ciblant l ARN interférent dans une partie du cerveau perturbe la réponse aux AGs saturés, ce qui est cohérent avec le résultat précédent. Les larves portant le transgène CheB42a-Gal4 montrent des défauts plus subtils et néanmoins une répulsion moins forte vis-à-vis des AGs saturés. Nous avons tiré profit du temps court de génération de la drosophile pour réaliser deux expériences de sélection sur la lignée Di2, pendant environ 50 générations. Dans un premier temps, nous avons sélectionné, génération après génération, les larves montrant des réponses atténuées envers le C18:0, et nous avons observé, après 20 générations, une plus faible tendance à éviter cet AG. Dans un deuxième temps, nous avons élevé la lignée Di2 sur un milieu appauvri en AGs et nous avons noté que les larves ainsi élevées perçoivent anormalement le C18:3. Afin de vérifier si la préférence envers les AGs pouvait changer au cours de la vie, nous avons testé la réponse des adultes. Un test réalisé dans un olfactomètre, et visant à mesurer la réponse olfactive, montre que les adultes sont repoussés par le C18:3, et indifférents au C18:0. Un test de réponse gustative (répression de l extension du proboscis) montre que les AGs insaturés répriment plus fortement la réponse que les AGs saturés. En conclusion, au cours de notre thèse, nous avons pu démontrer que les préférences envers les AGs saturés et insaturés varient au cours de la vie de la drosophile, peut-être en relation avec leurs besoins nutritifs. Les AGs semblent être perçus par olfaction, gustation, et peut être par mécanosensation.Fatty-acids (FAs) are crucial for animal survival and reproduction since these molecules are involved in many metabolic pathways and constitute a substantial store of energy. Despite the strong relationship established between excessive FA consumption and severe human etiologies (obesity, cancer, vascular diseases), our knowledge of the mechanisms underlying FA perception and preference is limited particularly in invertebrates. This is one of the reasons why we decided to investigate, during our PhD thesis, the perception of long-chain FAs (C14:0, C16:0, C18:0, C18:1, C18:2, C18:3), using the model species Drosophila melanogaster. We have also attempted to characterize some of the biological factors involved in the modulation of this response. Our behavioral tests, carried both on individuals and groups of the two wild-type strains Dijon2000 (Di2) and Canton-S, revealed that larvae are able to distinguish these FAs. More precisely, we observed that larvae are attracted by unsaturated FAs and strongly repulsed and/or stressed by saturated FAs. The latter compounds also induce a strong behavioral reaction in groups of larvae resulting into a long-lasting aggregation figure. Another reason to study FAs is their structural proximity with cuticular hydrocarbons which act as sex pheromones in adults. Therefore, we measured the behavioral response of mutants for the desat1 and CheB42a genes, both of which are involved in the perception and/or discrimination of these pheromones. The fact that mutant desat1 larvae do not show aggregation behavior suggests that they have an abnormal perception or reaction to saturated FAs. We then targeted genetic alteration of desat1 using drivers (made with different regulatory regions of desat1) combined with a transgene carrying the interferential RNA of desat1. When targeting a specific brain region, we found that larvae do not properly react to C18:0. This result is coherent with the defect described above. On the other hand, larvae carrying the CheB42a-Gal4 transgene exhibit more subtle defects including a slightly altered reaction to saturated FAs. We also took advantage of the short generation time of D. melanogaster to perform two selection experiments using the parental Di2 strain during 50 generations. First, we selected, generation after generation, larvae showing decreased aversive response to C18:0, and we observed, after 20 generations, a weaker tendency to avoid this FA. Second, we maintained the Di2 strain on a food with a poor FA content, and we noted that resulting larvae show an altered response to C18:3. To check whether FA preference could change during life time, we also measured adult behavior. A first test performed in a olfactometer to assess olfactory response, revealed that flies are repulsed by C18:3, but are indifferent to C18:0. A second test assessing adult gustatory response (with the repression of the proboscis extension reflex) showed that unsaturated FAs repress behavior more strongly than saturated FAs. In summary, during our PhD thesis, we have shown that FA preference can change during the life of D. melanogaster, maybe in relation with different nutritional requirements. FAs seem to be perceived by olfaction, taste and maybe mechanosensation.DIJON-BU Doc.électronique (212319901) / SudocSudocFranceF

Discrimination of C18 fatty-acids by Drosophila larvae and adults

International audienc

Discrimination of C18 fatty-acids by [i]Drosophila melanogaster[/i] larvae and adults (wild-type strain, Dijon 2000)

Fatty acids (FAs) are involved in many metabolic pathways in animals and greatly influence their physiology. In most, if not in all cases, animals need a minimal supply of essential fatty acids in their diet to survive: for example, intake of ω3- and ω6-FAs is necessary to human body which cannot synthesize them. The biological basis of fat perception and preference remains poorly understood. Recent studies have shown that both vertebrates and insects share elaborate olfactory and gustatory sensory systems to respectively decrypt the volatile and the solubilised compounds present in their chemical environment and suggest that the genes underlying the metabolic pathways regulating food intake are very well conserved between Drosophila and vertebrates. To locate food sources and sample food quality, animals need acute chemoperception abilities. Our data show that larvae of Drosophila melanogaster (Dijon 2000 strains) are repulsed by the saturated C18:0 acid - stearic acid - whereas they are more or less attracted to the unsaturated ones, depending on the number and positions of the double bounds. Linolenic acid (C18:3) remains the most attractive one. Stimulation tests (Proboscis extension Reflex, PER) reveal that only adult females present an inhibitory response when confronted to linolenic acid. For the first time, our data suggest that Drosophila larvae and adults are able to discriminate between various concentrations of the commonly encountered C18 FAs

The preference behavior of Drosophila to fatty acids changes during development

absen

Multisensory perception of dietary faty-acids in Drosophila.

International audienceFatty-acids (FAs) are crucial for animal survival and reproduction. However, our knowledge of the mechanisms underlying the perception and preference of dietary FA is limited, particularly in invertebrates. We obtained behavioral data with wild-type Drosophila melanogaster larvae and adults showing a clear preference to some of the FAs tested (C14:0, C16:0, C18:0, C18:1, C18:2, C18:3). These data, based on tests involving both individuals and groups, showed that larvae prefer desaturated FAs whereas adults prefer saturated FAs. Moreover, we found that larval and adult responses relied on olfaction and taste modalities, and maybe also on mechanoperception [1]. We will present our recent data obtained with desat1 mutants (desat1 is involved in lipid metabolism), and with lines raised on FA-deprived food. Both larvae show a partially altered response to specific FAs. This indicates that different sensory modalities underlying the perception of FAs, can be separately altered either by a genetic mutation or by a peculiar diet. We have also experimentally selected a line where larvae show a reduced response to C18:0, which is normally strongly aversive. The larvae of these different lines varied for their lipid profiles. Together, these experiments suggest the existence of a possible link between perception and metabolism of FAs in Drosophila. [1] Fougeron , AS., Farine, JP., Flaven-Pouchon, J., Everaerts, C., and Ferveur, JF. (2011). Fatty-acid preference changes during development in Drosophila melanogaster. PloS ONE 6(10): e26899