Hier presenteren we methoden voor high-throughput onderzoek naar een reeks van de Mexicaanse cavefish gedrag en vitale kleuring van een mechanosensory systeem. Deze methoden maken gebruik van vrije-software en op maat gemaakte scripts, bieden een praktische en kosteneffectieve methode voor de studie van gedrag.
Grot-woning dieren geëvolueerd uit een reeks van morfologische en gedrags eigenschappen aan te passen aan hun permanent donker en voedsel-sparse omgevingen. Onder deze eigenschappen is foerageren gedrag een van de nuttige windows in functionele voordelen van gedrags trait evolutie. Hierin gepresenteerd zijn bijgewerkte methoden voor het analyseren van de attractie trillingsgedrag (VAB: een adaptieve foerageren gedrag) en imaging van bijbehorende mechanosensors van grot-aangepast tetra, Astyanax mexicanus. Daarnaast zijn methoden voor high-throughput bijhouden van een aantal extra cavefish gedrag met inbegrip van hyperactiviteit en slaap-verlies gepresenteerd. Cavefish Toon ook asocialiteit, repetitief gedrag en hogere angst. Daarom, cavefish dienen als een dierlijk model voor geëvolueerd gedrag. Deze methoden maken gebruik van vrije-software en op maat gemaakte scripts die kunnen worden toegepast op andere soorten gedrag. Deze methoden praktisch en kostenbesparend alternatieven bieden voor verkrijgbare opsporingssoftware.
De Mexicaanse tetra, Astyanax mexicanus (Teleostei: Characidae), is uniek onder de vissen voor het feit dat twee radicaal verschillende alternatieve morphs – een morph slechtzienden, oppervlakte-woning en een blinde, grot-woning morph bestaat uit verschillende afzonderlijke bevolking:1. Hoewel verschillend in de morfologie en fysiologie, zijn ze nog steeds interfertile2,3. Deze interfertile morphs lijken te snel (~ 20.000 jaar)4, waardoor ze een ideale modelsysteem voor de studie van snelle aanpassing geëvolueerd. Cavefish is bekend dat er een suite van uiteenlopende morfologische en gedrags eigenschappen met inbegrip van grotere dichtheid van de smaakpapillen, toegenomen aantal mechanosensors, foerageren gedrag afgestemd op een bepaalde frequentie van een trillend stimulus, hyperactiviteit, en slapeloosheid. Veel van deze problemen waarschijnlijk geëvolueerd gelijktijdig, waarvan sommige hebben gesuggereerd gunstig in de duisternis van de grotten voor foerageren5 en behoud van energie in de donkere en voedsel-sparse omgevingen6,7.
In vele evolutionaire modelsystemen is het moeilijk te verwerven van geïntegreerde kennis over hoe dieren morfologie en gedrag veranderen in antwoord op het milieu, omdat de meeste soorten zijn verdeeld over een continu verloop in complexe omgevingen. Het schril contrast tussen de grot en de oppervlakte morph Astyanax die geëvolueerd in zeer uiteenlopende omgevingen afgebakend door een scherpe ecotone heeft echter geleid tot Astyanax ontpopt zich als een uitstekend model om dierlijke evolutie te begrijpen. Dit maakt het mogelijk maken gemakkelijker genen en ontwikkelings processen met adaptieve karaktertrekken en selectie in de omgeving. Bovendien heeft de recente biomedisch onderzoek van deze eigenschappen in Astyanax aangetoond dat deze eigenschappen kunnen parallel menselijke symptomen8,9,10. Bijvoorbeeld zijn verlies van socialiteit en slaap, en aanwinst van hyperactiviteit, repetitief gedrag en cortisol niveau vergelijkbaar met wat is waargenomen bij de mens met autisme spectrum stoornis8.
Om aan te pakken de complexe Co-evolutie van veel gedragingen en morfologische kenmerken, is het voordelig om velen van hen wil onderliggende genetische en moleculaire pathways assay. Hierin gepresenteerd zijn methoden voor het karakteriseren van de mate van grot-type gedrags fenotypes van oppervlak, grot, en hybride morphs van Astyanax. De focal gedrag geanalyseerd om te karakteriseren fenotype zijn grot-aangepast foerageren gedrag (attractie trillingsgedrag, genoemd voortaan VAB) en hyperactiviteit/slaap duur11,12. Ook gepresenteerd, is een imaging methode voor het zintuigstelsel VAB13zijn gekoppeld. Onlangs, zijn veel open-source tracking software voor het uitvoeren van gedrags assays beschikbaar14,15geworden. Deze werken heel goed voor korte video’s, op minder dan 10 minuten lang. Nochtans, wordt het problematisch als de video langer vanwege de tijd van de intensief berekening/bijhouden is. Staat verkrijgbare software kunnen duur zijn. De methoden gepresenteerd hoofdzakelijk gebruik van freeware en daarom worden beschouwd als kosteneffectieve en high-throughput methoden. Ook inbegrepen zijn representatieve resultaten op basis van deze methoden.
Deze voorgestelde methoden zijn gemakkelijk te bereiken maar kunnen ingewikkeld om uit te voeren vanwege de aard van zijn freeware oorsprong. Daarom is het sterk aanbevolen om het proces testen en analyses voor een werkelijke experimenten uit te voeren.
Het tarief van gegevens generatie kunnen snelle zodra het experimentele en analytische kader worden vastgesteld. Zodra vastgesteld, is het mogelijk record twee vis in 7 min voor de VAB-assay, 30 vis in 24 uur voor de activiteit/slaap assay en ?…
The authors have nothing to disclose.
Wij danken alle leden van de Yoshizawa lab met inbegrip van N. Cetraro, N. Simon C. Valdez, C. Macapac, J. Choi, L. Lu, J. Nguyen, S. Podhorzer, H. Hernandes, J. Fong, J. Kato en I. Lord voor vis verzorging op de experimentele vis gebruikt in dit manuscript. Wij danken ook A. Keene lab leden met inbegrip van P. Mašek om te trainen mijn te monteren IR CCD-camera. Tot slot bedank we het Media Lab – College voor sociale wetenschappen – School of Communications aan de Universiteit van Hawaï Mānoa voor hun onschatbare hulp bij het maken van de video, vooral B. Smith, J. Lam en S. White. Dit werk werd gesteund door Hawaiian Gemeenschap Foundation (16CON-78919 en 18CON-90818) en nationaal instituut van gezondheid NIGMS (P20GM125508) geeft aan MY.
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/ |