Mapping projection neurons originating from male-specific versus ordinary antennal lobe glomeruli in the central olfactory pathway of the moth Heliothis virescens

Abstract

Fylogenetisk sett, er de kjemiske sansene de eldste, og alle organismer har utviklet en evne til å detektere kjemisk stimuli fra det eksterne miljøet. Insekter har lange antenner med sensoriske luktenevroner som kan detektere flyktige odoranter fra det omkringliggende miljøet – både feromoner og plantedufter. Lukt-informasjonen blir omformet til nerveimpulser som sendes til det primære luktsenter i insekthjernen, antenneloben. Seksualresponsen til hann-møll er direkte knyttet til luktesansen; å kunne følge duft-sporet sendt ut av en mottakelig hunn-møll, er en forutsetning for hannens reproduktive suksess. De to segregerte, men parallelle luktebanene som man finner i hann-møllens luktesystem, ett for feromoner og ett for plantedufter, gjør nettopp denne skapningen til et velegnet modellobjekt for den som søker å forstå luktesystemets kodingsmekanismer. Ved å sette inn én type fargestoff (dextran tetramethylrodamine/biotin) i det området av antenneloben som er ansvarlig for å prosessere feromoninformasjon og et annet fargestoff (dextran fluorescein/biotin eller Alexa 488) i det området av antenneloben som er ansvarlig for å prosessere planteduftinformasjon, ble de antenno-protocerebrale trakter knyttet til de to systemene visualisert i dette prosjektet. De antenno-protocerebrale traktene består av projeksjonsnevroner som forbinder antenneloben med høyere integrasjonsområder, heriblant mushroom body calyces og det laterale protocerebrum. Resultatene viste fargede projeksjonsnevroner knyttet til både feromon- og planteduftsystemet i alle de tre hovedtraktene. De to nevrontypene viste til dels ulike projiseringsmønstre både i mushroom body calyces og i det laterale protocerebrum. I tillegg til de tre hovedtraktene som er beskrevet før, ble en ny antenno-protocerebral trakt funnet, den såkalte 2nd medio-lateral antennoprotocerebral tract.

Phylogenetically, the chemical senses are considered to be the oldest and all organisms have developed a system for detecting chemical molecules from the external environment. Insects possess long antennae which are covered with olfactory receptor neurons (ORNs) capable of detecting volatile odors from the surroundings environment – both pheromones and plant odors alike. The olfactory information is transduced to nerve impulses that are carried to the primary olfactory center in the insect brain, the antennal lobe. The sexual response of the male moth is directly linked to the olfactory sense; being able to detect the pheromone trail emitted by a calling female, is a prerequisite for reproductive success of the male. The two segregated but parallel olfactory pathways which are found in the male moth, dedicated to pheromones and plant odors, respectively, makes this organism an excellent mini-model for studying the olfactory system. By inserting one dye (dextran tetramethylrodamine/biotin) into the antennal lobe area that is responsible for processing pheromone information and another dye (dextran fluorescein/biotin or Alexa 488) into the area processing plant odor signals, the antenno-protocerebral tracts linked to the two odor systems were visualized in the current project. The antenno-protocerebral tracts connect the antennal lobe to higher integration areas, particularly to the mushroom body calyces and the lateral protocerebrum. The results demonstrate that projection neurons linked to the two olfactory sub-systems, dedicated to pheromones and plant odors, respectively, are present in all the three main tracts. The antennal lobe output neurons tuned to pheromones showed a partly different projection pattern from that displayed by plant odor neuron, both in the calyces and in the lateral protocerebrum. In addition to the three main antenno-protocerebral tracts previously described, a new tract, not formerly found, was discovered – the so-called 2nd medio-lateral antenno-protocerebral tract.