Mechanisms of modulation and adaptation in pheromone-sensitive trichoid sensilla of the hawkmoth Manduca sexta

Most nocturnal moths find their mating partners with the help of pheromones released by the females and attracting the males. The males perceive the pheromone blend with a large number of specialized sensory hairs on their antennae, the sensilla trichoidea. In the sphinx moth Manduca sexta, each tr...

Ausführliche Beschreibung

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1. Verfasser: Dolzer, Jan
Beteiligte: Stengl, Monika (Prof. Dr. ) (BetreuerIn (Doktorarbeit))
Format: Dissertation
Sprache:Englisch
Veröffentlicht: Philipps-Universität Marburg 2002
Biologie
Schlagworte:
Online Zugang:PDF-Volltext
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description Most nocturnal moths find their mating partners with the help of pheromones released by the females and attracting the males. The males perceive the pheromone blend with a large number of specialized sensory hairs on their antennae, the sensilla trichoidea. In the sphinx moth Manduca sexta, each trichoid sensillum contains two olfactory receptor neurons, ensheathed by a common set of accessory cells, the innermost thecogen cell, the trichogen and the tormogen cell (Fig. 1; Keil, 1989; Lee and Strausfeld, 1990). The trichogen and the tormogen cell secrete the receptor lymph or sensillum lymph, which fills the receptor lymph cavity and the lumen of the sensory hair. The receptor lymph contains high concentrations of potassium (up to 200 mmol l-1) and pheromonebinding protein (Kaissling et al., 1985; Vogt and Riddiford, 1986). In extracellular tip recordings, the tip of the sensory hair is clipped off, and the recording electrode, containing sensillum lymph ringer, is slipped over the open hair (Kaissling, 1995), while the reference electrode is inserted into the haemolymph space. In this way, the electrical activity of the olfactory receptor neurons and the accessory cells are recorded as a composite signal. In contrast to many other extracellular recording techniques, tip recordings thus give access to a clearly defined set of electrically active cells. The first part of this thesis, comprising Chapters 1–4, presents results obtained in tip recordings. Chapter 1 describes the electrical activity of trichoid sensilla in the absence of pheromone. Oscillations of the transepithelial potential and their negative correlation with flight activity were characterized. The oscillations were influenced by injections of the biogenic amines octopamine and serotonin near the antennal base. In addition, the spontaneous action potential activity of both ORNs was quantitatively investigated. There is obviously no correlation between the time course of the transepithelial potential and the spontaneous action potential activity. Likewise, the action potential activity was not significantly influenced by amine injection. This chapter was published in the Journal of Experimental Biology (Dolzer et al., 2001). Pheromone receptors are made for the detection of pheromone. So Chapters 2 and 3 deal with the responses of trichoid sensilla to stimulation with bombykal, the main component in the conspecific pheromone blend (Tumlinson et al., 1989). In response to pheromone, trichoid sensilla generate a negative deflection of the transepithelial potential, the sensillar potential, and a series of action potentials. These responses were quantitatively investigated, and their dose-dependence was determined in two different states of adaptation. While it has long been known that two different adaptation mechanisms act on the generation of sensillar potentials and action potentials, respectively (Zack, 1979), this study suggests the presence of a third mechanism that presumably acts via stabilization of the resting potential. [...]
publishDate 2002
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contents Die meisten nachtaktiven Schmetterlinge finden ihre Sexualpartner mit Hilfe von Lockstoffen, den Pheromonen. Das Weibchen gibt ein Pheromongemisch, dessen Zusammensetzung für die Art charakteristisch ist, aus paarigen Drüsen am Hinterleibsende ab. Das Männchen nimmt den Duftstoff mit spezialisierten Riechsinneshaaren auf seiner Antenne wahr, den Sensilla trichoidea. Auf jeder Antenne befinden sich bis zu mehreren zehntausend dieser hochempfindlichen Sinnesorgane, die sich in der Regel durch ihre aussergewöhnliche Länge und oft auch durch eine charakteristische Anordnung auszeichnen. Durch ihre Vielzahl, ihre leichte Identifizierbarkeit und ihre vorhersagbare Spezifität stellen Pheromonsensillen ein ideales Modellsystem für die Untersuchung von Transduktion und Adaptation in olfaktorischen Rezeptorzellen dar. Die vorliegende Dissertation befasst sich mit den Mechanismen der Modulation und Adaptation in pheromonabhängigen Sensilla trichoidea beim Tabakschwärmer Manduca sexta. Ziel der Arbeit war es, mit elektrophysiologischen Methoden zu untersuchen, wie viele Adaptationsmechanismen in Trichoidsensillen vorliegen und Hinweise zu sammeln, um welche Mechanismen es sich dabei handeln könnte. Dazu wurden zwei verschiedene elektrophysiologische Techniken angewendet, zum einen Tip Recordings, eine extrazelluläre Ableittechnik, und zum anderen Patch Clamp-Ableitungen, die die Messung von Ionenströmen durch die gesamte Membran einer Zelle oder durch einzelne Kanalporen erlauben. Nach diesen methodischen Gesichtspunkten gliedert sich die Dissertation in zwei Teile.
spellingShingle Die meisten nachtaktiven Schmetterlinge finden ihre Sexualpartner mit Hilfe von Lockstoffen, den Pheromonen. Das Weibchen gibt ein Pheromongemisch, dessen Zusammensetzung für die Art charakteristisch ist, aus paarigen Drüsen am Hinterleibsende ab. Das Männchen nimmt den Duftstoff mit spezialisierten Riechsinneshaaren auf seiner Antenne wahr, den Sensilla trichoidea. Auf jeder Antenne befinden sich bis zu mehreren zehntausend dieser hochempfindlichen Sinnesorgane, die sich in der Regel durch ihre aussergewöhnliche Länge und oft auch durch eine charakteristische Anordnung auszeichnen. Durch ihre Vielzahl, ihre leichte Identifizierbarkeit und ihre vorhersagbare Spezifität stellen Pheromonsensillen ein ideales Modellsystem für die Untersuchung von Transduktion und Adaptation in olfaktorischen Rezeptorzellen dar. Die vorliegende Dissertation befasst sich mit den Mechanismen der Modulation und Adaptation in pheromonabhängigen Sensilla trichoidea beim Tabakschwärmer Manduca sexta. Ziel der Arbeit war es, mit elektrophysiologischen Methoden zu untersuchen, wie viele Adaptationsmechanismen in Trichoidsensillen vorliegen und Hinweise zu sammeln, um welche Mechanismen es sich dabei handeln könnte. Dazu wurden zwei verschiedene elektrophysiologische Techniken angewendet, zum einen Tip Recordings, eine extrazelluläre Ableittechnik, und zum anderen Patch Clamp-Ableitungen, die die Messung von Ionenströmen durch die gesamte Membran einer Zelle oder durch einzelne Kanalporen erlauben. Nach diesen methodischen Gesichtspunkten gliedert sich die Dissertation in zwei Teile.
Mechanisms of modulation and adaptation in pheromone-sensitive trichoid sensilla of the hawkmoth Manduca sexta
Dolzer, Jan
Biowissenschaften, Biologie
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In extracellular tip recordings, the tip of the sensory hair is clipped off, and the recording electrode, containing sensillum lymph ringer, is slipped over the open hair (Kaissling, 1995), while the reference electrode is inserted into the haemolymph space. In this way, the electrical activity of the olfactory receptor neurons and the accessory cells are recorded as a composite signal. In contrast to many other extracellular recording techniques, tip recordings thus give access to a clearly defined set of electrically active cells. The first part of this thesis, comprising Chapters 1–4, presents results obtained in tip recordings. Chapter 1 describes the electrical activity of trichoid sensilla in the absence of pheromone. Oscillations of the transepithelial potential and their negative correlation with flight activity were characterized. The oscillations were influenced by injections of the biogenic amines octopamine and serotonin near the antennal base. In addition, the spontaneous action potential activity of both ORNs was quantitatively investigated. There is obviously no correlation between the time course of the transepithelial potential and the spontaneous action potential activity. Likewise, the action potential activity was not significantly influenced by amine injection. This chapter was published in the Journal of Experimental Biology (Dolzer et al., 2001). Pheromone receptors are made for the detection of pheromone. So Chapters 2 and 3 deal with the responses of trichoid sensilla to stimulation with bombykal, the main component in the conspecific pheromone blend (Tumlinson et al., 1989). In response to pheromone, trichoid sensilla generate a negative deflection of the transepithelial potential, the sensillar potential, and a series of action potentials. These responses were quantitatively investigated, and their dose-dependence was determined in two different states of adaptation. While it has long been known that two different adaptation mechanisms act on the generation of sensillar potentials and action potentials, respectively (Zack, 1979), this study suggests the presence of a third mechanism that presumably acts via stabilization of the resting potential. [...] 2002 urn:nbn:de:hebis:04-z2002-01857 Die meisten nachtaktiven Schmetterlinge finden ihre Sexualpartner mit Hilfe von Lockstoffen, den Pheromonen. Das Weibchen gibt ein Pheromongemisch, dessen Zusammensetzung für die Art charakteristisch ist, aus paarigen Drüsen am Hinterleibsende ab. Das Männchen nimmt den Duftstoff mit spezialisierten Riechsinneshaaren auf seiner Antenne wahr, den Sensilla trichoidea. Auf jeder Antenne befinden sich bis zu mehreren zehntausend dieser hochempfindlichen Sinnesorgane, die sich in der Regel durch ihre aussergewöhnliche Länge und oft auch durch eine charakteristische Anordnung auszeichnen. Durch ihre Vielzahl, ihre leichte Identifizierbarkeit und ihre vorhersagbare Spezifität stellen Pheromonsensillen ein ideales Modellsystem für die Untersuchung von Transduktion und Adaptation in olfaktorischen Rezeptorzellen dar. Die vorliegende Dissertation befasst sich mit den Mechanismen der Modulation und Adaptation in pheromonabhängigen Sensilla trichoidea beim Tabakschwärmer Manduca sexta. Ziel der Arbeit war es, mit elektrophysiologischen Methoden zu untersuchen, wie viele Adaptationsmechanismen in Trichoidsensillen vorliegen und Hinweise zu sammeln, um welche Mechanismen es sich dabei handeln könnte. Dazu wurden zwei verschiedene elektrophysiologische Techniken angewendet, zum einen Tip Recordings, eine extrazelluläre Ableittechnik, und zum anderen Patch Clamp-Ableitungen, die die Messung von Ionenströmen durch die gesamte Membran einer Zelle oder durch einzelne Kanalporen erlauben. Nach diesen methodischen Gesichtspunkten gliedert sich die Dissertation in zwei Teile. 2002-04-09 opus:178 Mechanisms of modulation and adaptation in pheromone-sensitive trichoid sensilla of the hawkmoth Manduca sexta Mechanisms of modulation and adaptation in pheromone-sensitive trichoid sensilla of the hawkmoth Manduca sexta 2013-04-29 2002-01-04 Philipps-Universität Marburg ths Prof. Dr. Stengl Monika Stengl, Monika (Prof. Dr. ) Dolzer, Jan Dolzer Jan
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