Davranışsal izleme ve Meksika Cavefish Neuromast görüntüleme
Summary
Burada, davranışları ve hayati bir mechanosensory sistem boyama yöntemleri için yüksek üretilen iş çalışma Meksika cavefish bir dizi mevcut. Bu yöntemler davranışları çalışmaları için pratik ve düşük maliyetli bir yöntem sağlayan ücretsiz yazılım ve özel komut dosyalarını kullanın.
Abstract
Mağaralarda yaşayan hayvanlar sürekli karanlık ve gıda seyrek ortamlarına adapte morfolojik ve davranışsal özellikleri bir dizi gelişmiştir. Bu özellikler arasında yiyecek davranış yararlı pencere eşiği içine işlevsel davranış özelliği evrim avantajları biridir. Burada sunulan titreşim cazibe davranışını çözümlemede Güncellenme Zamanı yöntemlerdir (VAB: edinilmiş bir yiyecek davranış) ve görüntüleme tetra, mağara adapte ilişkili mechanosensors Astyanax mexicanus. Buna ek olarak, yöntemler ek cavefish davranışlar hiperaktivite ve uyku kaybı da dahil olmak üzere bir dizi yüksek üretilen iş takibi için sunulmaktadır. Cavefish asosyal, tekrarlayan davranış ve yüksek anksiyete de gösterilir. Bu nedenle, cavefish gelişmiş davranışları için hayvan bir model olarak hizmet vermektedir. Bu yöntemler davranış, diğer türleri için uygulanabilir ücretsiz yazılım ve özel komut dosyalarını kullanın. Bu yöntemleri piyasada bulunan izleme yazılımı pratik ve düşük maliyetli alternatifler sağlar.
Introduction
Meksika tetra, Astyanax mexicanus (Teleostei: Characidae), iki kökten farklı alternatif morphs – görüşlü, yüzey-konut morph ve farklı birkaç oluşan bir kör, mağaralarda yaşayan morph sahip balıklar arasında benzersizdir nüfus1. Farklı morfoloji ve Fizyoloji, hala interfertile2,3olmakla birlikte. Bu interfertile morphs (~ 20.000 yıl)4onları hızlı adaptasyon çalışması için bir ideal modeli sistemi yapar, hızla geliştiğini görünmektedir. Cavefish bir süit artan yoğunluk tat tomurcukları, mechanosensors, titreşimli bir uyarıcı, hiperaktivite, belirli bir frekansa ayarlı yiyecek davranış sayısının artmasına da dahil olmak üzere farklı morfolojik ve davranışsal özelliklerin bilinmektedir ve uykusuzluk. Birçok bu davranışların büyük olasılıkla aynı anda gelişti bazıları mağara5 yiyecek arama ve karanlık ve gıda seyrek ortamlar6,7enerji tasarrufu için karanlıkta avantajlı olmak tavsiye ettiler.
Birçok evrimsel modeli sisteminde çoğu tür karmaşık ortamlarda sürekli degrade boyunca dağılmıştır çünkü nasıl hayvan morfolojisi ve davranış değişikliği yanıt çevreye entegre bilgi edinmelerine zordur. Ancak, mağara ve yüzey morph son derece keskin ecotone tarafından belirlenen ortamlar zıt gelişti Astyanax arasında tezat mükemmel bir model ortaya çıkan Astyanax hayvan evrim anlamaya yol açmıştır. Bu genler ve gelişim süreçleri adaptif özellikleri ve seçim ortamı ile daha kolay bağlantı sağlar. Ayrıca, Astyanax bu özelliklerin son biyomedikal araştırmalar bu özellikler insan belirtiler8,9,10paralel göstermiştir. Örneğin, sociality ve uyku kaybı ve kazancı hiperaktivite, tekrarlayan davranış ve kortizol düzeyi ile otizm spektrum bozukluğu8insanlarda gözlenen için benzer.
Birçok davranışları ve Morfolojik özellikleri karmaşık işbirliği evrimi adrese, pek çoğu altta yatan genetik ve moleküler yolları vurgulamak için tahlil daha avantajlıdır. Burada Astyanaxyüzey, mağara ve hibrid morphs mağara tipi davranış fenotipleri derecesini karakterize yöntemleri sunulur. Fenotip karakterize etmek için analiz odak davranışları yiyecek davranış (titreşim cazibe davranış, bundan böyle VAB anılacaktır) mağara uyarlanmış ve hiperaktivite/uyku süresi11,12vardır. Ayrıca VAB13ile ilişkili duyu sistemi için bir görüntüleme yöntemidir. Son zamanlarda, davranış testleri çalıştırmak için birçok açık kaynak izleme yazılımı mevcut14,15haline gelmiştir. Bunlar çok iyi kısa videolar için daha az 10 dakikalık iş. Ancak, yoğun hesaplama/izleme zaman nedeniyle video uzunsa sorunlu olur. Yetenekli ticari yazılım pahalı olabilir. Sunulan yöntemleri çoğunlukla ücretsiz kullanın ve bu nedenle düşük maliyetli ve yüksek işlem hacmi yöntemleri olarak kabul edilir. Da dahil temsilcisi sonuçları bu yöntemlere temel alır.
Protocol
Representative Results
Discussion
Bu sunulan yöntemler kolay erişim ama freeware kökeni yapısı nedeniyle gerçekleştirmek karmaşık olabilir. Bu nedenle, deneme deneyleri ve herhangi bir gerçek deneme önce analizleri gerçekleştirmek için önerilir.
Deneysel ve analitik çerçevesi kurulan bir kez veri üretme oranı hızlı olabilir. Kez kurulan VAB tahlil için 7 dakika içinde rekor iki balık, etkinlik/uyku tahlil için 24 h 30 balık ve görüntüleme, son görüntü yakalamak için MS222 anesteziden başlayan …
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
N. Cetraro, N. Simon, C. Valdez, C. Macapac, J. Choi, L. Lu, J. Nguyen, S. Podhorzer, H. Hernandes, J. Fong, J. Kato ve ı. Lord bu el yazması kullanılan deneysel balık Balık bakımı için de dahil olmak üzere Yoshizawa laboratuvar tüm üyeleri teşekkür ediyoruz. S. IR CCD kamera montajı MY eğitmek için Masek dahil A. Keene laboratuvar üyeleri ayrıca teşekkür ederiz. Son olarak, Media Lab – Sosyal Bilimler üniversite – İletişim Fakültesi Hawai’i Üniversitesi Mānoa video yapma konusunda onların çok değerli yardım özellikle d. Smith, J. Lam ve S. beyaz için de teşekkür etmek istiyorum. Bu eser Hawaiian Toplum Vakfı (16CON-78919 ve 18CON-90818) tarafından desteklenen ve Ulusal Sağlık Enstitüsü NIGMS (P20GM125508) benim için verir.
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
- Keene, A. C., Yoshizawa, M., McGaugh, S. E. . Biology and Evolution of the Mexican Cavefish. Biology and Evolution of the Mexican Cavefish. , (2015).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- Riddle, M. R., et al. Insulin resistance in cavefish as an adaptation to a nutrient-limited environment. Nature. 555 (7698), 647-651 (2018).
- Protas, M. E., et al. Genetic analysis of cavefish reveals molecular convergence in the evolution of albinism. Nature Genetics. 38 (1), 107-111 (2006).
- 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).
- Duboué, E. R., Keene, A. C., Borowsky, R. L. Evolutionary convergence on sleep loss in cavefish populations. Current Biology. 21 (8), 671-676 (2011).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- Lee, A. . Virtualdub. , (2014).
- 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).
- Cavallari, N., et al. A blind circadian clock in cavefish reveals that opsins mediate peripheral clock photoreception. PLoS Biology. 9 (9), e1001142 (2011).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- Rasband, W. S. . Object Tracker. , (2000).
- Ferreira, T., Rasband, W. Create Shortcuts. ImageJ User Guide. , (2012).
- Lochmatter, T., Roduit, P., Cianci, C., Correll, N., Jacot, J., Martinoli, A. . SwisTrack. , (2008).
