Assoziatives Lernen in Drosophila melanogaster

Das Hauptziel dieser Masterarbeit war es eine Methode zu entwickeln, die es ermöglicht mit geringem Aufwand eine große Anzahl an Fruchtfliegen (Drosophila melanogaster) zu konditionieren. Dabei sollen Fliegen die Assoziation zwischen einem Geruch (Orangensaftgeruch) mit wohlschmeckenden Futter und einem anderen Geruch (Apfelsaftgeruch) mit bitterem Futter lernen. Tatsächlich lernten die Fliegen den Geruch, der mit bitterem Geschmack assoziiert wurde, während des Testes zu vermeiden. Sie entschieden sich stattdessen signifikant für den Geruch der zuvor mit gutem Geschmack assoziiert wurde. Dieses Ergebnis zeigt, dass die entwickelte Methode geeignet ist, um große Gruppen an Fliegen (250 Fliegen pro Versuch) mit vergleichsweise geringem Aufwand zu konditionieren (Mery und Kawecki, 2002). Eine weitere Anwendungsmöglichkeit der etablierten Methode ist es, angeborene Präferenzen für Gerüche wie Orangen- oder Apfelgeruch von D. melanogaster zu erforschen. Diese Arbeit zeigt, dass die unkonditionierte Fliegenpopulation Orangensaftgeruch im Vergleich zu Apfelsaftgeruch signifikant bevorzugte. Dieses Ergebnis ist konsistent mit der Beobachtung einer Publikation, die zeigte, dass D. melanogaster eine angeborene Präferenz für Orange als Substrat für die Eiablage besitzt (Dweck et al., 2013). Ein weiteres Ziel dieser Arbeit war, das Vorkommen genetischer Variabilität von olfaktorischem Lernen zu erforschen. Dazu wurden zehn Inzuchtlinien (40 Fliegen pro Versuch) konditioniert. Sechs dieser Inzuchtlinien waren im Stande die Assoziation von Orangensaftgeruch mit gutem Geschmack und Apfelsaftgeruch mit bitterem Geschmack zu lernen. Dieses Ergebnis zeigt, dass sechs Inzuchtlinien im Stande waren zu lernen, und dass genetische Variabilität in olfaktorischem Lernen vorhanden ist. Interessanterweise zeigte keine der Inzuchtlinien eine signifikante Präferenz für Orangen- oder Apfelsaftgeruch. Das liegt vermutlich an der hohen Variabilität, die auf Grund der geringen getesteten Fliegenanzahl zu Stande kommt. Diese neue Methode erlaubt es, die natürlich vorkommende Variation an Genen, die für das Lernen benötigt werden, mit Hilfe von E&R als auch GWAS Studien zu erforschen. Weiters erlaubt die Methode auch die Untersuchung von anderen Sinnesmodalitäten, wie visuelles Lernen oder angeborene Farbpräferenzen.To investigate the natural variation of behavioral traits such as learning and perceptual preferences researchers require methods simple enough to test large groups of individuals and sensitive enough to overcome the variability of behavioral traits. To this aim, during my master project I have developed and tested a new method to investigate olfactory learning and olfactory preferences in fruit flies (Drosophila melanogaster). Using this new method I showed a significant olfactory learning performance after a simple conditioning procedure in a large population of flies derived from a natural population and in several inbred lines. Moreover, I investigated the spontaneous preferences for orange odor compared to apple odor in a wild population and inbred lines, showing that the method is sensitive enough to detect spontaneous preferences for orange odor compared to apple odor. Hence this method proved to be simple and sensitive enough to condition large groups of D. melanogaster and single inbred lines on olfactory learning and determine their spontaneous preferences for different odors. In this thesis I discuss how this behavioral method can be used to investigate also different sensory modalities and domains such as vision and spatial orientation. An interesting possibility to apply this method is the phenotyping of large groups of flies in the context of experimental evolution studies, including the evolve and resequence approach (E&R), and genome-wide association studies (GWAS)