Optogenetic control of medaka behavior with channelrhodopsin
Optogenetic control of medaka behavior with channelrhodopsin
复制标题
视紫红质通道光遗传学控制青鳉行为
DOI：
10.1101/2023.04.05.535638
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发表时间：
2023
期刊：
影响因子：
--
通讯作者：
Satoshi Ansai
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Takahide Seki; Hideaki Takeuchi; Satoshi Ansai
光遗传学能够在基因定义的神经元中以高时空分辨率操纵神经活动。该方法广泛应用于神经科学和生理学领域的各种模型动物。通道视紫红质是光遗传学操作的强大工具，但它们尚未用于medaka的研究。在本研究中，我们采用聚集规则间隔短回传重复序列(CRISPR)/Cas9介导的敲入方法，在isl LIM同源盒1（isl1）位点建立了表达卵gamachannelrhodopsin （CoChR）的转基因medaka菌株。我们证明了光刺激引发了特定的行为反应，如胚胎的弯曲或旋转运动以及幼虫和成虫的胸鳍运动。这些运动的响应概率和强度可以通过调整每个光刺激的强度、持续时间或波长来控制。此外，我们还证明了用激光笔照射包括尾侧后脑和吻侧脊髓在内的区域可以引起成年期胸鳍的运动。我们的研究结果表明，CoChR允许通过激活目标神经元来操纵medaka行为，这将进一步加深我们对medaka运动控制或社会行为的详细神经机制的理解。
Optogenetics enables the manipulation of neural activity with high spatiotemporal resolution in genetically defined neurons. The method is widely used in various model animals in the neuroscience and physiology fields. Channelrhodopsins are robust tools for optogenetic manipulation, but they have not yet been used for studies in medaka. In the present study, we used the clustered regularly interspaced short palindromic repeats (CRISPR)/Cas9‐mediated knock‐in approach to establish a transgenic medaka strain expressing theChloromonas oogamachannelrhodopsin (CoChR) in theISL LIM homeobox 1(isl1) locus. We demonstrated that light stimuli elicited specific behavioral responses, such as bending or turning locomotion in the embryos and pectoral fin movements in the larvae and adults. The response probabilities and intensities of these movements could be controlled by adjusting the intensity, duration, or wavelength of each light stimulus. Furthermore, we demonstrated that the pectoral fin movements in the adult stage could be elicited using a laser pointer to irradiate region including the caudal hind brain and the rostral spinal cord. Our results indicate that CoChR allows for manipulation of medaka behaviors by activating targeted neurons, which will further our understanding of the detailed neural mechanisms of motor control or social behaviors in medaka.
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