כימות פיגמנטציה בטן ב<em> תסיסנית מלנוגאסטר</em

פיגמנטציה מראה וריאציה פנוטיפית עצומה בין מינים, אוכלוסיות, יחידים, ואפילו בתוך אנשים במהלך אונטוגני ^{1 , 2 , 3 , 4 , 5 , 6} . למרות שיש מספר רב של מחקרים על פיגמנטציה במגוון רחב של בעלי חיים, פיגמנטציה אולי למד הכי טוב ב תסיסנית melanogaster , שבו מלוא העוצמה של גנטיקה מולקולרית שימש כדי להבהיר את המנגנונים ההתפתחותיים והפיזיולוגיים להסדיר פיגמנטציה וכיצד מנגנונים אלה מתפתחים ^{1 , 6} . הרבה ידוע על הגנים המסדירים את הסינתזה הביוכימית של פיגמנטים בד. מלנוגאסטר ^{7 , 8} והגנים השולטים בדיאטה הזמני והמרחביהפצה של ביוסינתזה זו ^{9 , 10 , 11 , 12 , 13} . יתרה מזאת, מיפוי גנטי זיהה את הלוקים הגנטיים שעמדו ביסוד ההבדלים הבין-בין-אישיים בפיגמנטציה ב- d melanogaster ^{14 , 15 , 16 , 17} . כמו כן נבדקו היחסים בין פיגמנטציה לבין תכונות פליאוטרופיות, כגון התנהגות ^{18 , 19} וחסינות ^{19 , 20} , כמו גם המשמעות האדפטיבית של דפוסי פיגמנטציה ^{15 , 21 , 22} . ככזה, פיגמנטציה ב מלנוגאסטר התפתחה כמו מ 'חזק אך פשוטOdel לפיתוח ואבולוציה של פנוטיפים מורכבים.

פיגמנטציה אצל מבוגרים ד מלנוגאסטר מאופיין על ידי דפוסים שונים של מלניזציה על פני הגוף, במיוחד על הכנפיים ועל החזה הגב והבטן. זה הפיגמנטציה של כל צלחת cuticular (tergite) על הבטן הגב, עם זאת, כי קיבל את תשומת הלב המחקרית ביותר. יש וריאציה ניכרת פיגמנטציה זו ( איור 1A- F ), בגלל הן גנטי ^{17 , 23} ו ²⁴ סביבתיים ^{, 25} גורמים. לציפורן של tergite הבטן מורכב תאים התפתחותיים הקדמי אחורי ( איור 1G ), שכל אחד מהם ניתן לחלק נוסף בהתאם בהתאם פיגמנטציה וקישוט ²⁶ . התא הקדמי כולל שישה cuticleסוגים (a1-a6), ואת התא האחורי כולל שלושה (p1-p3) ( איור 1G ). מבין אלה, את p1, p2, ו a1 cuticle הם בדרך כלל מקופל תחת tergite ב abdomens un-stretched כך שהם מוסתרים. הציפורן הנראית לעין מאופיינת על ידי רצועה של פיגמנטציה כבדה, הנקראת כאן "רצועת פיגמנט", המורכבת מטיפוסים מסוג A4 (שעיר עם זיפים מתונים) ו- A5 (שעיר עם זיפים גדולים), עם הקצה האחורי של הלהקה פיגמנט אינטנסיבי יותר מהקצה הקדמי ( איור 1G ). קדמית להקה זו הוא אזור של פיגמנטציה קלה שעיר, אשר יש זיפים האחורי (a3), אבל לא anteriorly (a2). שינוי בפיגמנטציה בין זבובים הוא ציין הן את עוצמת הפיגמנטציה ואת רוחב של פיגמנט הלהקה. באופן כללי, וריאציה היא הגדולה ביותר במגזרים האחורי ביותר (קטעים הבטן 5, 6, ו -7) והוא נמוך יותר קטעים הקדמי יותר (הבטן se3 ו -4). יתר על כן, יש דימורפיזם מיני ב d melanogaster פיגמנטציה, עם זכרים בדרך כלל יש פיגמנטציה מלאה 5 ו tergites הבטן ( איור 4 ג ).

במרבית המחקרים של פיגמנטציה בטנית ב- d melanogaster , הפיגמנטציה טופלה כמאפיין קטגורי או סודי, כאשר הדפוס נמדד איכותית ^{27 , 28 , 29} או חצי כמותי בסולם ^{14 , 15 , 16 , 17 , 24 , 30 , 31 , 32 , 33 , 34 , 35}, ^{36 , 37} . שיטות אלה סובלות בהכרח מחוסר דיוק, ומכיוון שהן מסתמכות על הערכה סובייקטיבית של פיגמנטציה, קשה להשוות את הנתונים בין המחקרים. מחברים אחדים כימו את הממדים המרחביים של פיגמנטציה ^{38 , 39} , את עוצמת הפיגמנטציה של סוג מסוים של קוטיקולה ^{23 , 25 , 39 , 40} , או את העוצמה הממוצעת של פיגמנטציה על פני הטרגיט הבטן כ ^{-41 , 42 , 43} . אף על פי כן, שיטות כימות אלה אינן מודדות הן את האינטנסיביות והן את ההתפלגות המרחבית של הפיגמנטציה הבבטית בו זמנית, ולכן אינם לוכדים את הניואנסים של האופן שבו הפיגמנטציה משתנה על פני הבטןטחון. יתר על כן, כמה שיטות כימות אלה ^{38 , 41 , 42 , 43} דורשים את הנתיחה ואת הרכבה של cuticle הבטן. זה גם זמן רב הורס את המדגם, מה שהופך אותו זמין עבור ניתוחים מורפולוגיים נוספים. ככל שהבנת ההתפתחות והאבולוציה של הפיגמנטציה הבטן מעמיקה, כלים מתוחכמים יותר כדי למדוד במהירות ובדייקנות הן את ההתפלגות המרחבית והן את עוצמת הפיגמנטציה.

המטרה הכוללת של שיטה זו היא לנצל את ניתוח התמונה הדיגיטלית כדי להשיג מדידה חוזרת ומדויקת יותר של פיגמנטציה הבטן ד melanogaster . המתודולוגיה כוללת שלושה שלבים. ראשית, הזבוב הבוגר הוא רכוב ללא הרס, ואת התמונה הדיגיטלית של הבטן הגב נלקח. שנית, באמצעות מאקרו ImageJ, המשתמשמגדיר פס קדמי קדמי של פיקסלים המשתרע הקדמי של a2 לציפורן האחורי של a5 cuticle (קופסה ירוקה, איור 1G ) על שני קטעים הבטן השלישי והרביעי. ערך הפיקסל הממוצע לאורך רוחב הרצועה מחולק לאורך ציר הזמן, ומייצר פרופיל המבחין בחלוקה המרחבית ובעוצמת הפיגמנטציה כפי שהיא משתנה מהחלק הקדמי לחלק האחורי של הטרגיט. שלישית, סקריפט R משמש לתיאור פרופיל הפיגמנטציה במתמטיקה באמצעות קו מעוקב. התסריט R משתמש בשפכים ובנגזרות הראשון והשני שלו כדי לחלץ את רוחב הציפורן a2-a5, את רוחב רצועת הפיגמנט ואת רמות הפיגמנט המקסימליות והמינימליות. השיטה ולכן מכמת הן את המאפיינים המרחביים ואת עומק הפיגמנטציה בטן.

מתודולוגיה זו מכמתת את הפיגמנטציה של הטרגיטים הבטן השלישית והרביעית,אשר היו מוקד של מחקרים קודמים רבים ^{1 , 15 , 23 , 24 , 25 , 28 , 33 , 39 , 42} , או באופן בלעדי או בשילוב עם tergites האחורי. אם כי פחות משתנה מאשר טרגיטים הבטן החמישית והשישית, tergites השלישי והרביעי אינם פיגמנטציה לחלוטין אצל גברים, כך פרוטוקול זה יכול להיות מיושם על גברים ונשים כאחד. עם זאת, כפי שמוצג כאן, פרוטוקול ניתן להשתמש כדי למדוד פיגמנטציה של 5 ו tergites הבטן הנקבות אצל נקבות. יתר על כן, שינויים קלים של סקריפטים המשמשים כדי לחלץ את המאפיינים של פרופיל פיגמנטציה צריך לאפשר את השיטה לשמש לכמת וריאציה פיגמנטציה במגוון רחב של אחריםאורגניזמים.