Protokol for at vurdere de Relative virkninger af miljø og Genetik på gevir og krop vækst for en langlivede Cervid
Summary
Fænotypiske forskelle blandt cervid populationer kan være relateret til befolkningen niveau genetik eller ernæring; kræsne, hvilket er svært i naturen. Denne protokol beskriver hvordan vi udviklet en kontrolleret studie hvor ernæringsmæssige variation blev elimineret. Vi fandt, at fænotypisk variation af mandlige hvide – tailed hjorte mere var begrænset af ernæring end genetik.
Abstract
Cervid Fænotypen kan placeres i en af to kategorier: effektivitet, som fremmer overlevelse over ekstravagante morfometrisk vækst og luksus, som fremmer væksten af store våben og krop størrelse. De samme arter vise hver fænotype afhængigt af miljøforhold. Selvom gevir og krop størrelse af mandlige hvide – tailed hjorte (Odocoileus virginianus) varierer med fysiografiske region i Mississippi, USA og er stærkt korreleret med regional variation i ernæringsmæssige kvalitet, ikke kan virkningerne af befolkningen niveau genetik fra native bestande og tidligere re EIFAC indsats ses bort. Denne protokol beskriver hvordan vi udviklet en kontrolleret studie, hvor andre faktorer, der påvirker fænotype, såsom alder og ernæring, kontrolleres. Vi bragte indfanget gravide hunner og seks-måned-forhenværende kryberi fra tre forskellige fysiografiske regioner i Mississippi, USA til Mississippi State University Rusty Dawkins Memorial hjorte enhed. Hjorte fra samme region blev opdrættet til at producere en anden generation af afkom, gør det muligt at vurdere generationsskifte svar og maternel effekter. Alle hjorte spiste den samme høj kvalitet (20% råprotein hjorte pellet) kost ad libitum. Vi entydigt mærket hver nyfødte og indspillede body mass, Bagben fod og samlede kropslængde. Hver efterfølgende fald vi bedøvet personer via remote injektion og stikprøven den samme morphometrics plus gevirer af voksne. Vi fandt, at alle morphometrics steget i størrelse fra første til anden generation, med fuld kompensation af hjortetak størrelse (regional variation længere er til stede) og delvis udligning af body mass (nogle beviser for regional variation) tydeligt i anden generation. Anden generation af mænd, der stammer fra vores fattigste kvalitet jord region vises om en forhøjelse af hjortetak størrelse på 40% og en 25% stigning i body mass sammenlignet med deres vilde høstede modparter. Vores resultater tyder på fænotypisk variation af vilde mandlige hvide – tailed hjorte i Mississippi er mere relateret til forskelle i ernæringsmæssige kvalitet end befolkningen niveau genetik.
Introduction
Miljømæssige faktorer en mor oplevelser under drægtighed og laktation kan påvirke hendes afkom fænotype, uafhængig af genotype1,2,3. Mødre, der bebor høj kvalitet miljøer sandsynligvis vil producere afkom, der udviser en luksus fænotype (stort gevir og krop størrelse4), der henviser til, at mødre, der bebor en lav kvalitet miljø kan producere afkom, der udviser en effektivitet fænotype (lille gevir og krop størrelse4). Derfor kan fremturer i et miljø med høj kvalitet tillade en mor at producere mandlige afkom med store fænotypiske egenskaber, der kan direkte påvirke den afkom reproduktive muligheder5,6,7,8 og indirekte påvirke moderens inclusive fitness.
Selv om ernæring direkte påvirker fænotypiske egenskaber på tværs af taxa (Ursus americanus, Ursus arctos9; Liasis fuscusI 10; Larus michahellis 11), flere faktorer kan påvirke hvide – tailed hjorte fænotyper i Mississippi, USA. Gevir og kroppen størrelse er omkring en tredjedel større for nogle populationer i forhold til andre12. Denne variation er stærkt korreleret med foder kvalitet13,14; de største hanner findes i områder med den største kvalitet af foder. Men historiske bevaringsforsøg af hvide – tailed hjorte i Mississippi kan have ført til genetisk flaskehalse og/eller grundlægger virkninger15,16, hvilket også delvis kan forklare nogle af de observerede regional variation i hvide – tailed hjorte fænotype.
Vi leverer den protokol, vi plejede at styre ernæringsmæssige kvalitet af indfanget hvide – tailed hjorte, der tillod os at vurdere, om mandlige fænotype er begrænset af befolkningen niveau genetik. Denne protokol også tilladt os at vurdere, hvorvidt halter maternel effekter var til stede i vores befolkninger. Vores kontrollerede design er privilegerede at undersøgelser udført på gratis spænder populationer, som er begrænset til at bruge miljøvariabler som en proxy for ernæringsmæssige begrænsning3,17. Vores kontrollerede design giver også andre variabler såsom potentiale kronisk stress relateret til sociale interaktioner skal holdes konstant, som alle individer er udsat for lignende boliger og landbrugspraksis. Derudover fordi ernæring direkte påvirker andre livshistorie aspekter giver lige fra reproduktion til overlevelse18,19, kontrollerende ernæring for efterforskerne at vurdere andre variabler, der påvirker pattedyr livshistorie aspekter. Lignende protokoller er blevet beskrevet til at vurdere spørgsmål relateret til livshistorie aspekter for andre hovdyr på tværs af Nordamerika (fx, 20,21).
Protocol
Representative Results
Discussion
Der er flere trin forbundet med vores protokol; men der er fire vigtige skridt, der skal træffes for at sikre succes med denne protokol. Først under indfangning af vilde hjorte, skal der være flere steder på fange hele en enkelt kilde region (trin 1.1.1). At have flere fange steder sikrer, at enhver genetisk variation tilknyttet kilderegionen vil være repræsenteret blandt hjorte. For det andet skal rådyr opbevares adskilt af kilderegionen under yngletiden (trin 1.4.9 og 5.2.1). At sikre, at dyr er adskilt af kilde…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Vi takker Mississippi Department of Wildlife, fiskeri og parker (MDWFP) for finansielle støtte ved hjælp af midler fra den føderale støtte i Wildlife restaurering Act (W-48-61). Vi takker MDWFP biologer W. McKinley, A. Blaylock, A. Gary og L. Wilf for deres omfattende deltagelse i dataindsamling. Vi takker også S. Tucker som facilitet koordinator og flere studerende og teknikere for deres hjælp til indsamling af data. Dette manuskript er bidrag WFA427 af Mississippi State University skov og dyreliv Research Center.
Materials
| Shelled Corn | |||
| Elevated Stand | |||
| Safety Harness | |||
| Ground Blind | |||
| Model 196 Projector | Pneu-Dart, Pennsylvania, USA | ||
| 3cc Radio-Telemetry Darts | (Pneu-Dart, Pennsylvania, USA) | ||
| Various Sized Darts | (Pneu-Dart, Pennsylvania, USA) | ||
| Teletamine HCl | (Telazol, Fort Dodge Animal Health, Iowa, USA) | ||
| Xylazine HCl | (West Texas Rx Pharmacy, Amarillo, Texas, USA) | ||
| Yhoimbine HCl | |||
| Tolazoline HCl | |||
| Military Style Gurney | |||
| Rectal Thermometer | |||
| Shade Cloth | |||
| 20% Crude Protein Deer Pellets | (Purina AntlerMax Professional High Energy Breeder 59UB, Purina, Missouri, USA) | ||
| Trough Style Feeders | |||
| Commercial Clover | (Durana Clover, Pennington Seed Co., Georgia, USA) | ||
| Commercial Fescue | (Max-Q Fescue, Pennington Seed Co., Georgia, USA) | ||
| Blankets | |||
| Ice Packs | |||
| Broadleaf Weed Control (2, 4-DB Herbacide, Butyrac 200) | |||
| Grass Control | (Poast Herbacide, BASF Co.) | ||
| Pelleted Wormer | Safeguard Co., | active ingredient fenbendazole | |
| Parasite Pour-on Treatment | (Ivomec, Merial Co.) | ||
| Insecticide | Riptide, McLaughlin Gormley King Co.) | ||
| Medium and Large Plastic Ear Tags | (Allflex, Texas, USA) | ||
| Remote site that assigned parentage | DNA Solutions Animal Solutions Manager (DNA Solutions, Oklahoma, USA) | ||
| Digital Hanging Scale | (Moultrie, EBSCO Industries, Inc.) | ||
| Tape Measure | |||
| Clostridium Perfringens Types C and D Toxoid Essential 3 | (Colorado Serum Co.) | ||
| Clostridium Perfringens Types C and D Antitoxin Equine Origin | (Colorado Serum Co.) | ||
| Ivermectin in propylene glycol | |||
| Antibiotic | (Nuflor, Schuering-Plough Animal Health Corp., New Jersey, USA) | ||
| Ivermectin | (Norbrook Labratories, LTD., Down, Northern Ireland, UK) | ||
| Clostidrial vaccine | (Vision 7 with SPUR, Ivesco LLC, Iowa, USA) | ||
| Leptospirosis vaccine | (Leptoferm-5, Pfizer, Inc., New York, USA) | ||
| Trailer for transport | |||
| Reciprocating saw | (DEWALT, Maryland, USA) | ||
| Scientific Digital Scale | (Global Industrail, Global Equipment Company Inc) | ||
| Antler Measuring Tape | |||
| Fogger | |||
| Plastic Ear Tags | (Allflex, Texas, USA) | ||
| Plastic Ear Tagger | (Allflex, Texas, USA) |
References
- Bernardo, J. Maternal effects in animal ecology. Amer Zool. 36 (2), 83-105 (1996).
- Forchhammer, M. C., Clutton-Brock, T. H., Lindstrom, J., Albon, S. D. Climate andpopulation density induce long-term cohort variation in a northern ungulate. J Anim Ecol. 70 (5), 721-729 (2001).
- Freeman, E. D., Larsen, R. T., Clegg, K., McMillan, B. R. Long-lasting effects of maternal condition in free-ranging cervids. PLoS ONE. 8 (3), 5873 (2013).
- Geist, V., Burton, M. N. Environmentally guided phenotype plasticity in mammals and some of its consequences to theoretical and applied biology. Alternative life-history styles of animals. , 153-176 (1989).
- Clutton-Brock, T. H., Guinness, F. E., Albon, S. D. Reproductive success in stags. Red Deer: Behavior and ecology of two sexes. , 151-152 (1982).
- Coltman, D. W., Festa-Bianchet, M., Jorgenson, J. T., Strobeck, C. Age-dependent sexual selection in bighorn rams. Proc R Soc Lond B Biol Sci. 269 (1487), 165-172 (2002).
- Festa-Bianchet, M. The cost of trying: Weak interspecific correlations among life-history components in male ungulates. Can J Zool. 90 (9), 1072-1085 (2012).
- Kie, J. G., et al. Reproduction in North American elk Cervus elaphus.: Paternity of calves sired by males of mixed age classes. Wildlife Biol. 19 (3), 302-310 (2013).
- Welch, C. A., Keay, J., Kendall, K. C., Robbins, C. T. Constraints on frugivory by bears. Ecology. 78 (4), 1105-1119 (1997).
- Madsen, T., Shine, R. Silver spoons and snake body sizes: Prey availability early in life influences long-term growth rates of free-ranging pythons. J Anim Ecol. 69 (6), 952-958 (2000).
- Saino, N., Romano, M., Rubolini, D., Caprioli, M., Ambrosini, R., Fasola, M. Food supplementation affects egg albumen content and body size asymmetry among yellow-legged gull siblings. Behav Ecol Sociobiol. 64 (11), 1813-1821 (2010).
- Strickland, B. K., Demarais, S. Age and regional differences in antlers and mass of white-tailed deer. J Wildl Manage. 64 (4), 903-911 (2000).
- Jones, P. D., Demarais, S., Strickland, B. K., Edwards, S. L. Soil region effects on white-tailed deer forage protein content. Southeast Nat. 7 (4), 595-606 (2008).
- Strickland, B. K., Demarais, S. Influence of landscape composition and structure on antler size of white-tailed deer. J Wildl Manage. 72 (5), 1101-1108 (2008).
- DeYoung, R. W., Demarais, S., Honeycutt, R. L., Rooney, A. P., Gonzales, R. A., Gee, K. L. Genetic consequences of white-tailed deer (Odocoileus virginianus) restoration in Mississippi. Mol Ecol. 12 (12), 3237-3252 (2003).
- Sumners, J. A., et al. Variable breeding dates among populations of white-tailed deer in the southern United States: The legacy of restocking. J Wildl Manage. 79 (8), 1213-1225 (2015).
- Mech, D. L., Nelson, M. E., McRoberts, R. E. Effects of maternal and grandmaternal nutrition on deer mass and vulnerability to wolf predation. J Mammal. 72 (1), 146-151 (1991).
- Therrien, J. F., Còtê, S., Festa-Bianchet, D. M., Ouellet, J. P. Maternal care in white-tailed deer: trade-off between maintenance and reproduction under food restriction. Anim Behav. 75 (1), 235-243 (2008).
- Parker, K. L., Barboza, P. S., Gillingham, M. P. Nutrition integrates environmental responses of ungulates. Funct Ecol. 23 (1), 57-69 (2009).
- Monteith, K. L., Schmitz, L. E., Jenks, J. A., Delger, J. A., Bowyer, R. T. Growth of male white-tailed deer: consequences of maternal effects. J Mammal. 90 (3), 651-660 (2009).
- Tollefson, T. N., Shipley, L. A., Myers, W. L., Keisler, D. H., Nairanjana, D. Influence of summer and autumn nutrition on body condition and reproduction in lactating mule deer. J Wildl Manage. 74 (5), 974-986 (2010).
- Guynn, D. C., Mott, S. P., Cotton, W. D., Jacobson, H. A. Cooperative management of white-tailed deer on private lands in Mississippi. Wildl Soc Bull. 11 (3), 211-214 (1983).
- Pettry, D. E. Soil resource areas of Mississippi. Mississippi Agricultural and Forestry Experiment Station. , (1977).
- Snipes, C. E., Nichols, S. P., Poston, D. H., Walker, T. W., Evans, L. P., Robinson, H. R. Current agricultural practices of the Mississippi Delta. Office of Agricultural Communications. , (2005).
- Baker, R. H., Halls, L. K. Origin, classification, and distribution of the white-tailed deer. White-tailed deer: ecology and management. , 1-18 (1984).
- Barbour, T., Allen, G. M. The white-tailed deer of eastern United States). J Mammal. 3 (2), 65-80 (1922).
- Rouleau, I., Crête, M., Ouellet, J. P. Contrasting the summer ecology of white-taileddeer inhabiting a forested and an agricultural landscape. Ecoscience. 9 (4), 459-469 (2002).
- Kreeger, T. J. . Handbook of wildlife chemical immobilization. , (1996).
- Pound, J. M., Miller, J. A., Oethler, D. D. Depletion rates of injected and ingested Ivermectin from blood serum of penned white-tailed deer, Odocoileus virginianus (Zimmermann) (Artiodactyla: Cervidae). J Medl Entomol. 41 (1), 65-68 (2004).
- Jones, P. D., Demarais, S., Strickland, B. K., DeYoung, R. W. Inconsistent relation of male body mass with breeding success in captive white-tailed deer. J Mammal. 92 (3), 527-533 (2011).
- Michel, E. S., Flinn, E. B., Demarais, S., Strickland, B. K., Wang, G., Dacus, C. M. Improved nutrition cues switch from efficiency to luxury phenotypes for a long-lived ungulate. Ecol Evol. 6 (20), 7276-7285 (2016).
- Miller, B. F., Muller, L. I., Doherty, T., Osborn, D. A., Miller, K. V., Warren, R. J. Effectiveness of antagonists for tiletamine-zolazepam/xylazine immobilization in female white-tailed deer. J Wildl Dis. 40 (3), 533-537 (2004).
- Nesbitt, W. H., Wright, P. L., Buckner, E. L., Byers, C. R., Reneau, J. . Measuring and scoring North American big game trophies. 3rd edn. , (2009).
- Michel, E. S., Demarais, S., Strickland, B. K., Smith, T., Dacus, C. M. Antler characteristics are highly heritable but influenced by maternal factors. J Wildl Manage. 80 (8), 1420-1426 (2016).
- Severinghaus, C. W. Tooth development and wear as criteria of age in white-tailed deer. J Wildl Manage. 13 (2), 195-216 (1949).
- Gee, K. L., Webb, S. L., Holman, J. H. Accuracy and implications of visually estimating age of male white-tailed deer using physical characteristics from photographs. Wild Soc Bull. 38, 96-102 (2014).
- Storm, D. J., Samuel, M. D., Rolley, R. E., Beissel, T., Richards, B. J., Van Deelen, T. R. Estimating ages of white-tailed deer: Age and sex patterns of error using tooth wear-and-replacement and consistency of cementum annuli. Wild Soc Bull. 38 (1), 849-865 (2014).
- Montero, D., Izquierdo, M. S., Tort, L., Robaina, L., Vergara, J. M. High stocking density produces crowding stress altering some physiological and biochemical parameters in gilthead seabream, Sparus aurata., juveniles. Fish Physiol Biochem. 20 (1), 53-60 (1999).
- Charbonnel, N., et al. Stress demographic decline: a potential effect mediated by impairment of reproduction and immune function in cyclic vole populations. Physiol Biochem Zool. 81 (1), 63-73 (2008).
- Crews, D., Gillette, R., Scarpino, S. V., Manikkam, M., Savenkova, M. I., Skinner, M. K. Epigenetic transgenerational inheritance of altered stress responses. Proc Natl Acad Sci. 109 (23), 9143-9148 (2012).
- Maher, J. M., Werner, E. E., Denver, R. J. Stress hormones mediate predator-induced phenotypic plasticity in amphibian tadpoles. Proc R Soc Lond B Biol Sci. 280 (1758), 20123075 (2013).
