Summary

Поведенческие отслеживания и Neuromast томографии мексиканской Cavefish

Published: April 06, 2019
doi:

Summary

Здесь мы представляем методы для изучения высок объём серии мексиканской cavefish поведения и жизненно важных окрашивание mechanosensory системы. Эти методы используют сценарии свободного программного обеспечения и по индивидуальному заказу, обеспечивая практическим и экономически эффективным методом для исследования поведения.

Abstract

Местонахождения троглофильных животные эволюционировали ряд морфологических и поведенческих признаков адаптироваться к их вечно темных и продовольствия разреженные средах. Среди этих черт пищевое поведение является одним из полезных windows в функциональные преимущества поведенческих черта эволюции. Здесь представлены обновленные методы для анализа поведения притяжения вибрации (VAB: нагула адаптивной) и изображений из связанного mechanosensors пещера адаптированных тетра, Астианакт гракл. Кроме того методы представляются для отслеживания высок объём целого ряда дополнительных cavefish поведения, включая гиперактивности и потеря сна. Cavefish также показывают асоциальность, повторяющимся поведением и выше тревога. Таким образом cavefish служить животной модели для эволюционировали поведения. Эти методы используют свободного программного обеспечения и заказные сценарии, которые могут быть применены к другим видам поведения. Эти методы предоставляют практических и рентабельных альтернатив для коммерчески доступных отслеживания программного обеспечения.

Introduction

Мексиканский tetra, Астианакт гракл (Костистые рыбы: Харациновые), является уникальной среди рыб за два радикально различных альтернативных морф – зрячим, поверхность жилище морфинг и слепой, местонахождения троглофильных морфинг, состоит из нескольких отдельных население1. Хотя разные по морфологии и физиологии, они по-прежнему interfertile2,3. Эти interfertile морф, как представляется, быстро развивались (~ 20000 лет)4, что делает их идеальной модели системы для изучения быстрой адаптации. Cavefish, как известно, имеют набор различных морфологических и поведенческих признаков, включая увеличение плотности вкусовых рецепторов, увеличение количества mechanosensors, пищевое поведение настроены на определенной частоте вибрации стимул, гиперактивность, и бессонница. Многие из этих поведений, вероятно превратилась одновременно, некоторые из которых были предложены выгодным в темноте пещер для нагула5 и сохранение энергии в темные и продовольствия разреженные среды6,7.

Во многих системах Эволюционная модель это трудно приобрести комплексные знания о как животных морфологии и поведение изменения в ответ на окружающую среду, поскольку большинство видов распределены непрерывный градиент в сложных средах. Однако разительный контраст между пещеры и поверхности морфинг Астианакт , превратилась в весьма контрастные среды, проведенная путем резкого ЭКОТОН привело к Астианакт , возникающих как отличную модель для понимания эволюции животных. Это делает возможным более легко связать генов и процессы развития с адаптивной черты и выделения в окружающую среду. Кроме того недавние биомедицинские исследования эти черты в Астианакт показал, что эти черты могут параллельно человека симптомы8,9,10. Например потеря социальности и сна и получить гиперактивность, повторяющимся поведением и уровень кортизола похожи на то, что наблюдается у людей с аутизмом спектра расстройства8.

Для решения сложных коэволюции многих поведения и морфологических признаков, это выгодно для анализа многих из них, чтобы осветить основные генетические и молекулярные пути. Здесь представлены методы, характеризующих степень поведенческих фенотипы пещера тип поверхности, пещеры и гибридные морф Астианакт. Пещера адаптированных нагула поведение (поведение притяжения вибрации, отныне именуется VAB) и гиперактивности/сна продолжительность11,12фокуса поведения, проанализированы характеризовать фенотип. Также представлен метод визуализации для сенсорные системы, связанной с VAB13. В последнее время многие открытым исходным кодом отслеживания программного обеспечения для запуска поведенческих анализов стали доступны14,15. Они работают очень хорошо для коротких видеороликов, менее чем в 10 минут. Однако он становится проблематичным, если из-за интенсивных вычислений/отслеживания времени длиннее видео. Способных коммерчески доступное программное обеспечение может быть дорогим. Представленные методы главным образом использовать freeware и поэтому считаются экономически эффективных и высокопроизводительных методов. Также включены представитель результаты основаны на этих методах.

Protocol

Все процедуры выполняются следующие руководящие принципы, описанные в «Принципы лабораторных животных ухода» (Национальный институт здравоохранения публикация № 85-23, пересмотренный 1985 года) и утверждены Гавайев в Маноа институциональный уход животных и использования Комитет животн…

Representative Results

Представитель примерами чего могут быть приобретены с представленных методов являются результаты, представленные в настоящем документе. Таким образом результаты могут отличаться немного от тех, которые представлены здесь для cavefish и поверхности рыбы в зависимости о?…

Discussion

Эти представленные методы легк к доступа, но может быть сложным для выполнения из-за характера его происхождение freeware. Поэтому настоятельно рекомендуется выполнить пробную анализов и анализов до любого фактического экспериментов.

Скорость генерации данных может быть б…

Declarações

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Мы благодарим всех членов Йошизава лаборатории, включая N. Cetraro, N. Simon, C. Valdez, C. Macapac, J. Чой, L. Lu, J. Нгуен, S. Подхорзера, H. Эрнандес, J. Фонг, J. Като и I. Лорд для рыб уход на экспериментальной рыб, используемых в этой рукописи. Мы также благодарим членов A. Keene лаборатории, включая P. Масек обучить мой собрать ИК CCD камеры. И наконец мы хотели бы поблагодарить Media Lab – факультет социальных наук – школа коммуникаций в Маноа Гавайев за их неоценимую помощь с созданием видео, особенно б. Смит, J. Lam и S. белый. Эта работа была поддержана Гавайский Фонд местного сообщества (16CON-78919 и 18CON-90818) и национального института здравоохранения NIGMS (P20GM125508) предоставляет MY.

Materials

4-Di-1-ASP (4-(4-(dimethylaminostyryl)-1-methylpyridinium iodide) MilliporeSigma D3418
880 nm wave length black light Advanced Illumination BL41192-880
avfs freeware Version 1.0.0.6 http://turtlewar.org/avfs/
Avisynth freeware Version 2.6.0 http://avisynth.nl/index.php/Main_Page
Cygwin freeware Version 2.11.0 https://www.cygwin.com/
Cylindrical assay chamber (Pyrex 325 ml glass dish) Corning 3140-100 10 cm diameter 5 cm high
Ethovision XT Noldus Information  Technology, Wageningen, The Netherlands Version 14 https://www.noldus.com/animal-behavior-research/products/ethovision-xt
Fish Aquarium Cylinder Soft Sponge Stone Water Filter, Black Jardin (through Amazon.com) NA Sponge filter for Sleep/hyperactivity recording system
Grade A Brine shrimp eggs Brine shrimp direct BSEA16Z
ImageJ freeware Version 1.52e https://imagej.nih.gov/ij/
macro 1.8/12.5-75mm C-mount zoom lens Toyo NA Attach to USB webcam by using c-mount, which is printed in 3-D printer
Neutral Regulator Seachem NA
Optical cast plastic IR long-pass filter Edmund optics 43-948 Cut into a small piece to fit in the CCD of USB webcam
pfmap freeware Build 178 http://pismotec.com/download/ (at “Download Archive” link at the bottom)
Reef Crystals Reef Salt Instant Ocean RC15-10
SwisTrack freeware Version 4 https://en.wikibooks.org/wiki/SwisTrack
USB webcam (LifeCam Studio 1080p HD Webcam) Microsoft Q2F-00013 Cut 2-2.5 cm of the front
WinAutomation freeware Version 8 https://www.winautomation.com/ (free stand-alone app for this procedure)
Windows operating system Microsoft 7, 8 or 10 https://www.microsoft.com/en-us/windows
x264vfw freeware NA https://sourceforge.net/projects/x264vfw/

Referências

  1. Keene, A. C., Yoshizawa, M., McGaugh, S. E. . Biology and Evolution of the Mexican Cavefish. Biology and Evolution of the Mexican Cavefish. , (2015).
  2. Mitchell, R. W., Russell, W. H., Elliott, W. R. . Mexican eyeless characin fishes, genus Astyanax: Environment, distribution, and evolution.Special publications the museum Texas Tech University. (12), (1977).
  3. Wilkens, H. Evolution and genetics of epigean and cave Astyanax-fasciatus (Characidae, Pisces) – Support for the neutral mutation theory. Evolutionary Biology. 23, 271-367 (1988).
  4. Fumey, J., Hinaux, H., Noirot, C., Thermes, C., Rétaux, S., Casane, D. Evidence for late Pleistocene origin of Astyanax mexicanus cavefish. BMC Evolutionary Biology. 18 (1), 1-19 (2018).
  5. Yoshizawa, M., Gorički, S., Soares, D., Jeffery, W. R. Evolution of a behavioral shift mediated by superficial neuromasts helps cavefish find food in darkness. Current Biology. 20 (18), 1631-1636 (2010).
  6. Moran, D., Softley, R., Warrant, E. J. Eyeless Mexican cavefish save energy by eliminating the circadian rhythm in metabolism. PloS One. 9 (9), e107877 (2014).
  7. Moran, D., Softley, R., Warrant, E. J. The energetic cost of vision and the evolution of eyeless Mexican cavefish. Science Advances. 1 (8), e1500363 (2015).
  8. Yoshizawa, M., et al. The Evolution of a Series of Behavioral Traits is associated with Autism-Risk Genes in Cavefish. BMC Evolutionary Biology. 18 (1), 89 (2018).
  9. Riddle, M. R., et al. Insulin resistance in cavefish as an adaptation to a nutrient-limited environment. Nature. 555 (7698), 647-651 (2018).
  10. Protas, M. E., et al. Genetic analysis of cavefish reveals molecular convergence in the evolution of albinism. Nature Genetics. 38 (1), 107-111 (2006).
  11. Yoshizawa, M., et al. Distinct genetic architecture underlies the emergence of sleep loss and prey-seeking behavior in the Mexican cavefish. BMC Biology. 13 (1), 15 (2015).
  12. Duboué, E. R., Keene, A. C., Borowsky, R. L. Evolutionary convergence on sleep loss in cavefish populations. Current Biology. 21 (8), 671-676 (2011).
  13. Fernandes, V. F. L., Macaspac, C., Lu, L., Yoshizawa, M. Evolution of the developmental plasticity and a coupling between left mechanosensory neuromasts and an adaptive foraging behavior. Biologia do Desenvolvimento. 441 (2), 262-271 (2018).
  14. Pérez-Escudero, A., Vicente-Page, J., Hinz, R. C., Arganda, S., de Polavieja, G. G. idTracker: tracking individuals in a group by automatic identification of unmarked animals. Nature Methods. 11, 743 (2014).
  15. Branson, K., Robie, A. A., Bender, J., Perona, P., Dickinson, M. H. High-throughput ethomics in large groups of Drosophila. Nature Methods. 6 (6), 451-457 (2009).
  16. Yoshizawa, M., Jeffery, W. R., Van Netten, S. M., McHenry, M. J. The sensitivity of lateral line receptors and their role in the behavior of Mexican blind cavefish (Astyanax mexicanus). Journal of Experimental Biology. 217 (6), (2014).
  17. Lee, A. . Virtualdub. , (2014).
  18. Schneider, C. A., Rasband, W. S., Eliceiri, K. W. NIH Image to ImageJ: 25 years of image analysis. Nature Methods. 9 (7), 671-675 (2012).
  19. Cavallari, N., et al. A blind circadian clock in cavefish reveals that opsins mediate peripheral clock photoreception. PLoS Biology. 9 (9), e1001142 (2011).
  20. Swimmer, B., Lang, H. H. . Surface Wave Discrimination between Prey and Nonprey by the Back Swimmer Notonecta glauca L. (Hemiptera , Heteroptera ). 6 (3), 233-246 (1980).
  21. Montgomery, J. C., Macdonald, J. A. . Sensory Tuning of Lateral Line Receptors in Antarctic Fish to the Movements of Planktonic Prey. 235 (4785), 195-196 (1987).
  22. Prober, D. A., Rihel, J., Onah, A. A., Sung, R. J., Schier, A. F. Hypocretin/orexin overexpression induces an insomnia-like phenotype in zebrafish. The Journal of Neuroscience. 26 (51), 13400-13410 (2006).
  23. Zhdanova, I. V., Wang, S. Y., Leclair, O. U., Danilova, N. P. Melatonin promotes sleep-like state in zebrafish. Brain Research. 903 (1-2), 263-268 (2001).
  24. Nussbaum-Krammer, C. I., Neto, M. F., Brielmann, R. M., Pedersen, J. S., Morimoto, R. I. Investigating the Spreading and Toxicity of Prion-like Proteins Using the Metazoan Model Organism C. elegans. Journal of Visualized Experiments. (95), e52321 (2015).
  25. Rasband, W. S. . Object Tracker. , (2000).
  26. Ferreira, T., Rasband, W. Create Shortcuts. ImageJ User Guide. , (2012).
  27. Lochmatter, T., Roduit, P., Cianci, C., Correll, N., Jacot, J., Martinoli, A. . SwisTrack. , (2008).
check_url/pt/59099?article_type=t

Play Video

Citar este artigo
Worsham, M., Fernandes, V. F. L., Settle, A., Balaan, C., Lactaoen, K., Tuttle, L. J., Iwashita, M., Yoshizawa, M. Behavioral Tracking and Neuromast Imaging of Mexican Cavefish. J. Vis. Exp. (146), e59099, doi:10.3791/59099 (2019).

View Video