We describe persistent one-way walking of Drosophila melanogaster in a circular arena. Wild-type Canton-S adult flies walked in one direction, counter-clockwise or clockwise, for minutes, whereas white-eyed mutant w1118 changed directions frequently. Locomotion in the circular arena could be classified into four components: counter-clockwise walking, clockwise walking, nondirectional walking and pausing. Genetic analysis revealed that while wild-type genetic background was associated with reduced directional change and reduced numbers of one-way (including counter- clockwise and clockwise) and nondirectional walks, the white (w+) locus promoted persistent one-way walking by increasing the maximal duration of one-way episodes. The promoting effect of w+ was further supported by the observations that (1) w+ duplicated to the Y chromosome, (2) four genomic copies of mini-white inserted on the autosomes, and (3) pan-neuronal overexpression of the White protein increased the maximal duration of one-way episodes, and that RNAi knockdown of w+ in the neurons decreased the maximal duration of one-way episodes. These results suggested a pleiotropic function of w+ in promoting persistent one-way walking in the circular arena.

It has been known for over 20 years that Drosophila melanogaster flies with twelve additional copies of the hsp70 gene encoding the 70 kDa heat shock protein lives longer after a non-lethal heat treatment. Since the heat treatment also induces the expression of additional heat shock proteins, the biological effect can be due either to HSP70 acting alone or in combination. This study used the UAS/GAL4 system to determine whether hsp70 is sufficient to affect the longevity and the resistance to thermal, oxidative or desiccation stresses of the whole organism. We observed that HSP70 expression in the nervous system or muscles has no effect on longevity or stress resistance but ubiquitous expression reduces the life span of males. We also observed that the down-regulation of Hsp70 using RNAi did not affect longevity.

Characteristics of male courtship behavior in Drosophila melanogaster have been well-described, but the genetic basis of male-female copulation is largely unknown. Here we show that the white (w) gene, a classical gene for eye color, is associated with copulation success. 82.5% of wild-type Canton-S flies copulated within 60 minutes in circular arenas, whereas few white-eyed mutants mated successfully. The w+ allele exchanged to the X chromosome or duplicated to the Y chromosome in the white-eyed genetic background rescued the defect of copulation success. The w+-associated copulation success was independent of eye color phenotype. Addition of the mini-white (mw+) gene to the white-eyed mutant rescued the defect of copulation success in a manner that was mw+ copy number-dependent. Lastly, male-female sexual experience mimicked the effects of w+/mw+ in improving successful copulation. These data suggest that the w+ gene controls copulation success in Drosophila melanogaster.

Locomotor recovery from anoxia follows the restoration of disordered ion distributions and neuronal excitability. The time taken for locomotor recovery after 30 s anoxia (around 10 min) is longer than the time for the propagation of action potentials to be restored (less than 1 min) in Drosophila wild-type. We report here that the white (w) gene modulates the timing of locomotor recovery. Wild-type flies displayed fast and consistent recovery of locomotion from anoxia, whereas mutants of w showed significantly delayed recovery. Genetic analysis including serial backcrossing revealed a strong association between the w locus and the timing of locomotor recovery, and haplo-insufficient function of w+ in promoting fast locomotor recovery. The locomotor recovery phenotype was independent of classic eye pigmentation, although both are associated with the w gene. Introducing up to four copies of mini-white (mw+) into w1118 was insufficient to promote fast and consistent locomotor recovery. However, flies carrying w+ duplicated to Y chromosome showed wild-type-like fast locomotor recovery. Furthermore, RNAi knockdown of w in neurons but not glia delayed locomotor recovery, and specifically, knockdown of w in putative subsets of serotonin neurons was sufficient to delay the locomotor recovery. These data reveal an additional role for w in modulating the timing of locomotor recovery from anoxia.

Drosophila egg-derived tyrosine phosphatase (EDTP, also called JUMPY) is a lipid phosphatase essential in oogenesis and muscle function in the adult stage. Although mammalian JUMPY negatively regulates autophagy, loss-of-JUMPY causes muscle dysfunction and is associated with a rare genetic disorder called centronuclear myopathy. Here we show that tissue-specific downregulation of EDTP in Drosophila non-muscle tissues, particularly glial cells, suppresses the expression of polyglutamine (polyQ) protein aggregates in the same cells and improves survival. Additionally, tissue-specific downregulation of EDTP in glial cells or motoneurons extends lifespan. We demonstrate an approach to fine-tune the expression of a disease-associated gene EDTP for the removal of polyQ protein aggregate and lifespan extension in Drosophila.

During anoxia, proper energy maintenance is essential in order to maintain neural operation. Starvation activates AMP-activated protein kinase (AMPK), an evolutionarily conserved indicator of cellular energy status, in a cascade which modulates ATP production and consumption. We investigated the role of energetic status on anoxia tolerance in Drosophila and discovered that starvation or AMPK activation increases the speed of locomotor recovery from an anoxic coma. Using temporal and spatial genetic targeting we found that AMPK in the fat body contributes to starvation-induced fast locomotor recovery, whereas, under fed conditions, disrupting AMPK in oenocytes prolongs recovery. By evaluating spreading depolarization in the fly brain during anoxia we show that AMPK activation reduces the severity of ionic disruption and prolongs recovery of electrical activity. Further genetic targeting indicates that glial, but not neuronal, AMPK affects locomotor recovery. Together, these findings support a model in which AMPK is neuroprotective in Drosophila.

The Drosophila melanogaster white-eyed w1118 line serves as a blank control, allowing genetic recombination of any gene of interest along with a readily recognizable marker. w1118 flies display behavioral susceptibility to environmental stimulation such as light. It is of great importance to characterize the behavioral performance of w1118 flies because this would provide a baseline from which the effect of the gene of interest could be differentiated. Little work has been performed to characterize the walking behavior in adult w1118 flies. Here we show that pulsed light stimulation increased the regularity of walking trajectories of w1118 flies in circular arenas. We statistically modeled the distribution of distances to center and extracted the walking structures of w1118 flies. Pulsed light stimulation redistributed the time proportions for individual walking structures. Specifically, pulsed light stimulation reduced the episodes of crossing over the central region of the arena. An addition of four genomic copies of mini-white, a common marker gene for eye color, mimicked the effect of pulsed light stimulation in reducing crossing in a circular arena. The reducing effect of mini-white was copy-number-dependent. These findings highlight the rhythmic light stimulation-evoked modifications of walking behavior in w1118 flies and an unexpected behavioral consequence of mini-white in transgenic flies carrying w1118 isogenic background.

Drosophila egg-derived tyrosine phosphatase (EDTP), a lipid phosphatase that removes 3-position phosphate at the inositol ring, has dual functions in the oogenesis and the muscle performance during adult stages. A mammalian homologous gene MTMR14, which encodes the myotubularin-related protein 14, negatively regulates autophagy. Mutation of EDTP/MTMR14, however, causes at least three deleterious consequences: (1) lethality in the early embryogenesis in Drosophila; (2) "jumpy" phenotype with apparently impaired motor functions; and (3) association with a rare genetic disorder called centronuclear myopathy. Here we show that flies carrying a heterozygous EDTP mutation had increased survivorship to prolonged anoxia; tissue-specific downregulation of EDTP in non-muscle tissues, particularly motoneurons, extended the lifespan; and tissue-specific downregulation of EDTP in motoneurons improved the survivorship to beta-amyloid peptides (Aβ42) and polyglutamine (polyQ) protein aggregates. MTMR14 expression was evident in the hippocampus and cortex in C57BL/6J and APP/PS1 mice. Compared with C57BL/6J mice, APP/PS1 mice had reduced MTMR14 in the cortex but not in the hippocampus. Hippocampal expression of MTMR14 was increased and plateaued at 9-17 months compared with 2-6 months in C57BL/6J mice. Aβ42 treatment increased the expression of MTMR14 in the primarily cultured hippocampal neurons of Sprague/Dawley rats and mouse Neuro2a neuroblasts. We demonstrated a novel approach of tissue-specific manipulation of the disease-associated gene EDTP/MTMR14 for lifespan extension and the improvement of survivorship to cellular protein aggregates.

The classic eye-color gene white+ (w+) in Drosophila melanogaster (fruitfly) has unexpected behavioral consequences. How w+ affect locomotion of adult flies is largely unknown. Here, we show that w+ selectively suppresses locomotor components at relatively high frequencies (> 0.1 Hz). The wildtype Canton-S male flies walked intermittently in circular arenas while the whiteeyed w1118 flies walked continuously. Through careful control of genetic and cytoplasmic backgrounds, we found that w+ was associated with intermittent walking. w+-carrying male flies had smaller median values of path length per second (PPS) and reduced 5-min path length compared with w1118-carrying males. Additionally, flies carrying 2-4 genomic copies of miniwhite+ (mw+) showed reduced median PPSs and decreased 5-min path length compared with w1118 flies, and the suppression was dependent on the copy number of mw+. Fourier transform of the time series (i.e. PPSs over time) indicated that w+/mw+ specifically suppressed the locomotor components at relatively high frequencies (> 0.1 Hz). Lastly, the downregulation of w+ in neurons but not glial cells resulted in an increased percentage of high-frequency locomotor components. We concluded that w+ suppressed the locomotion of adult flies by selectively reducing the high-frequency locomotor components.

Abstract Drosophila provides an excellent opportunity to explore the genetic basis for behavioral and CNS responses to hypoxia. Cyclic guanosine monophosphate (cGMP) modulates the speed of recovery from anoxia in adults and mediates hypoxia-related behaviors in larvae. Cyclic nucleotide-gated channels (CNG) and cGMP-activated protein kinase (PKG) are two cGMP downstream targets. PKG is involved in behavioral tolerance to hypoxia and anoxia in adults, however little is known about CNG channels. We used a CNGL mutant with reduced CNGL transcripts to investigate the contribution of CNGL to the hypoxia response. In control flies (w1118), hypoxia immediately reduced path length per minute in a locomotor assay. Flies took 30-40 mins in air to recover from 15 mins hypoxia. CNGL mutants had reduced locomotion under normoxia and impaired recovery from hypoxia, similar to the effects of pan-neural CNGL knockdown. In the CNGL mutants hypoxia caused an acute increase in path length per minute followed by a gradual increase during hypoxia. Basal levels of CNS extracellular K + concentrations were reduced in the mutants. In response to hypoxia, the mutants had an increased extracellular K + concentration change, reduced time to reach the K + concentration peak, and delayed recovery time. Genetic manipulation to increase cGMP in the CNGL mutants eliminated the impairment of recovery from hypoxia and partially compensated for the effects of hypoxia on CNS K + . Although the neural mechanisms have yet to be determined, CNGL channels and cGMP signaling are involved in the hypoxia response of adult Drosophila .