해부와 큰가시 고기 아가미 해골의 평면 장착
Summary
The branchial skeleton, including gill rakers, pharyngeal teeth, and branchial bones, serves as the primary site of food processing in most fish. Here we describe a protocol to dissect and flat-mount this internal skeleton in threespine sticklebacks. This method is also applicable to a variety of other fish species.
Abstract
The posterior pharyngeal segments of the vertebrate head give rise to the branchial skeleton, the primary site of food processing in fish. The morphology of the fish branchial skeleton is matched to a species’ diet. Threespine stickleback fish (Gasterosteus aculeatus) have emerged as a model system to study the genetic and developmental basis of evolved differences in a variety of traits. Marine populations of sticklebacks have repeatedly colonized countless new freshwater lakes and creeks. Adaptation to the new diet in these freshwater environments likely underlies a series of craniofacial changes that have evolved repeatedly in independently derived freshwater populations. These include three major patterning changes to the branchial skeleton: reductions in the number and length of gill raker bones, increases in pharyngeal tooth number, and increased branchial bone lengths. Here we describe a detailed protocol to dissect and flat-mount the internal branchial skeleton in threespine stickleback fish. Dissection of the entire three-dimensional branchial skeleton and mounting it flat into a largely two-dimensional prep allows for the easy visualization and quantification of branchial skeleton morphology. This dissection method is inexpensive, fast, relatively easy, and applicable to a wide variety of fish species. In sticklebacks, this efficient method allows the quantification of skeletal morphology in genetic crosses to map genomic regions controlling craniofacial patterning.
Introduction
다양성의 놀라운 양이 특히 물고기들, 척추 동물 중 머리 골격에 존재합니다. 대부분의 경우 이러한 다양성은 다른 공급 전략 1 용이 – 4, 모두 외부 및 내부 두개 안면 패턴에 큰 변화를 포함 할 수있다. 아가미 골격은 물고기의 목에 내부에 위치하여 구강의 대부분을 둘러싸고있다. 아가미 골격은 아가미를 지원하는 전방 네있는 5 직렬로 동종 세그먼트로 구성되어 있습니다. 함께이 다섯 세그먼트는 물고기와 음식 (5) 사이의 인터페이스로 작동합니다. 아가미 레이커, 인두 이빨과 아가미 뼈를 포함하여 특성의 다수의 변화는 다양한 종류의 음식에 효율적 꼴에 기여한다.
큰가시 고기과는 북반구에 걸쳐 민물 호수와 시내 식민지 조상의 해양 양식 후 적응 방사선을받은. 다이어트의 변화민물에서 더 큰 먹이에 바다에서 작은 동물성 플랑크톤에서 여러 두개 안면 특성 (6)에 극적인 영양 변화를 가져왔다. 많은 연구가 큰가시 고기과 7 외부 두개 안면의 차이에 초점을 맞추고 있지만 – 13 중요한 두개 안면의 변화는 내부 아가미 골격에 반복적으로 진화. 형태 학적으로 구별 큰가시 고기 집단 사이의 비옥 한 하이브리드를 만들 수있는 능력은 아가미 골격에 진화 변화의 유전 적 기초를지도 할 수있는 좋은 기회를 제공한다.
생태 학적 의미 중 하나는 영양 특성은 아가미 레이커, 아가미 뼈의 전방 및 후방 얼굴 라인과 먹이 항목을 필터링하는 데 사용되는주기적인 피부 뼈의 패턴입니다. 일반적으로 작은 먹이 항목을 먹고 물고기는 더 이상 더 조밀하게 이격 아가미가 더 큰 먹이 14,15 먹이 물고기에 비해 레이커 경향이있다. 아가미 레이커의 변화가보고 된 적이 모두 within 종 14-19 사이, 그리고 아가미 레이커 패턴의 양상은 영양 틈새 시장 및 피트니스 (16)에 기여한다. 연구의 수십 년은 광범위하게 threespine 큰가시 고기과 (17)의 아가미 레이커 번호와 길이의 변화 문서화 – (21); 그러나, 이러한 연구는 일반적으로 아가미 레이커의 첫 번째 행에 초점을 맞춘다. 최근 작품은 하나 하나의 아가미 레이커가 이해하는 행보다 더 많은 공부의 중요성을 강조 (23)과 길이 (24) 간격 아가미 골격 (22, 23)에서와 아가미 레이커의 단일 행에 걸쳐 아가미 레이커 수의 유전자 제어 모듈을 보여 주었다 아가미 레이커 감소의 발달 유전 적 기초.
모두 생태 및 생물 의학 의미의 두 번째 영양 특성은 인두 치아의 패턴입니다. 물고기에서 치아 인두 이빨 공지 모두 경구 턱과 아가미 골격 중에 위치 할 수있다. 구강 치아 페이지에 주로 사용된다27 – 인두 치아 저작 및 먹이 조작 (25)에 사용하는 동안 레이 캡처. 두 세트는 공유 발달 메커니즘을 통해 형성과 상동 (28) 발달로 간주됩니다. 때때로 이러한 일부 제브라 피쉬, 부족으로 구강 및 인두 등의 치아 (29) 다른 종의 여러 톱니 ceratobranchials, pharyngobranchials있는 동안 같은 종, 그리고 basihyal 톱니와 30 hypobranchials있다 흥미 모듈화가 발생합니다. 큰가시 고기과에, 인두 치아 앞쪽에 다섯 번째 ceratobranchial과 등쪽에 복부 발견하고 후방은 31 pharyngobranchials 있습니다. 큰가시 고기 공급에 운동학은 구강 턱은 주로 먹이 캡처 및 인두 턱에 저작을 떠나 흡입 공급 (9)을 용이하게 사용됩니다 보여줍니다. 시클리드에서 하부 인두 턱 형태 극적 32,33를 가변 적응 및 영양 틈새 (34) 상관 관계가 밝혀졌다. 멀티PLE 담수 큰가시 고기의 인구는 복부 인두 치아 번호 23,35,36에서 극적인 증가를 진화했다. 최근 작업이 진화 치아 이득의 발달 유전 적 근거는 민물 큰가시 고기과 (36)의 두 개의 독립적으로 파생 된 인구에서 크게 구별 있음을 보여 주었다. 포유 동물의 치아와는 달리, 물고기는 성인 생활 (37)를 통해 지속적으로 자신의 치아를 재생. 이러한 전술 높은 치형 민물 인구 모두 재생 (36)의 유전 적 기초를 연구하는 희귀 척추 제공 시스템, 가속 보철물 속도 진화 해왔다.
민물 큰가시 고기과에 반복적으로 진화하고 세 번째 영양 특성은 더 이상 각각 38 epibranchial 및 ceratobranchial 뼈, 상부 및 하부 턱의 아가미 아치 분절 동족체이다. 긴 아가미 뼈는 더 큰 구강을 부여하고 가능성이 더 큰 먹이 항목을 다 할 수 있도록하기위한 적응이다onsumed. 또한, 다른 물고기에, epibranchial 뼈는 등쪽 인두 치아 플레이트 (25)의 우울증 중요하다. 아가미 레이커와 인두 치아처럼, 아가미 뼈는 쉽게 시각화 또는 정량화하기 어려운, 따라서 내부입니다.
여기에서 우리는 해부 자세한 프로토콜을 제시하고 중요한 두개 안면 특성의 다양한 쉽게 시각화 및 정량화를 허용, 아가미 골격을 평면 마운트합니다. 이 프로토콜은 큰가시 고기의 해부를 설명하지만,이 같은 방법은 다른 물고기의 다양한 작동합니다.
Protocol
Representative Results
Discussion
The branchial skeleton is a complex set of bones in the throat of a fish that manipulates, filters, and masticates food items on their way to the esophagus. Many interesting trophic traits including the patterning of gill rakers, pharyngeal teeth, and branchial bones vary across and within species. The majority of these traits are difficult to near impossible to accurately measure with the branchial skeleton in situ (e.g., gill raker length, branchial bone length). This flat-mounting protocol places all…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
This work was funded in part by NIH R01 #DE021475 to CTM and an NSF Graduate Research Fellowship to NAE. Thanks to Miles Johnson for assistance with imaging and Priscilla Erickson for critical reading of the manuscript.
Materials
| Sodium Hydroxide (KOH) | EMD | PX1480-1 | |
| Glycerol | Sigma-Alderich | G7893-4L | |
| 10% Neutral Buffered Formalin (NBF) | Azer Scientific | NBF-4-G | |
| Alizarin Red S | EMD | 116-12 | |
| Microscope Cover Glasses 22x60mm | VWR | 16004-350 | |
| 100x10mm Glass Petri Dish | Kimble Chase | 23064-10010 | To dissect samples on |
| Sylgard 184 Silicone Elastomer Kit | Ellsworth Adhesives | 184 SIL ELAST KIT 0.5KG | Can be poured into glass or plastic petri dishes to make dissecting plates |
| Modeling Clay | Sargent Art | 22-4000 | 1lb cream |
| Scintillation Vials (case of 500) | Wheaton | 66021-668 | Borosilicate Glass with Screw Cap |
| Forceps-Dumont #5 Inox (Biologie tip) | FST | 11252-20 | Dumostars are an alternative |
| Dissecting Scissors | FST | 15003-08 | Alternate sizes are available depending on size of sample |
| Dissecting Microscope | Leica | S6E with KL300 LED | Many other models work nicely, having a flat base helps |
| Microcentrifuge Tubes 1.7mL | Denville | C-2170 | |
| Cardboard slide tray | Fisher | 12-587-10 |
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