정자 경쟁의 능력에 대한 평가의 차이 초파리

요약

사이에 차동 정자 경쟁 능력 초파리 남성은 이중 결합 실험을 통해 확인 될 수 있습니다. 이 실험의 각각은 관심과 기준 남성의 남성 중 하나를 포함합니다. 자손에서 쉽게 식별 마커는 각각의 남성에 의해 아버지가 개인의 분수 추론 할 수 있습니다.

초록

난자를 비옥을위한 conspecific 남성 간의 경쟁은 성적 선택의 메커니즘 중 하나, 오히려 극대화 생존과 생존 ^1보다 성공적인 짝짓기 이벤트의 수를 극대화 작동 즉, 선택이다. 정자 경쟁은 정자가 시간과 공간에서 우연되는 동일한 여성 ^2와 교미 후 수컷 사이의 경쟁을 나타냅니다. 이러한 현상은 식물과 동물 ³ 여러 종에서보고되었다. 예를 들어, 자연산 D. 초파리 암컷은 보통 2-3 남성 ^4에서 정자가 포함되어 있습니다. 정자는 다른 수컷 ^2.5에서 정자의 직접적인 경쟁으로 이어질 수있는 제한된 저장 용량을 가진 전문 기관에 저장됩니다.

관심의 다른 남성 (실험 남성 타입)의 정자 경쟁 능력을 비교하는 것은 통제 된 이중 결합 experimen을 통해 수행되었습니다실험실 ^6,7에서 TS. 간단히, 한 여성이 연속적으로 두 개의 서로 다른 수컷 한 실험 남자와 한 간 짝짓기 기준 남성에 노출됩니다. 같은 짝짓기 방식은 다음 따라서 일반적인 참조를 통해 자신의 정자의 경쟁 능력의 간접 비교를 용이하게 다른 실험 남성 유형을 사용하여옵니다. 실험 및 레퍼런스 남성에 의해 아버지가 개인의 비율은 한 간단한 수학적 표현하기 ^7,8을 사용하여 정자 경쟁 능력을 측정 할 수 있도록 마커를 사용하여 식별됩니다. 또한, 정자 경쟁 능력은 실험 남자가 서로 다른 역량의 특성을 반영 간주됩니다 메이트 (각각 공격과 방어 분석) ^9, 두 번째 또는 첫 번째 여부에 따라 두 가지 시나리오에서 추정 할 수있다.

여기, 우리는 상상 속 t의 기초가 서로 다른 유전 적 요인의 역할을 심문하는 데 도움이 방법에 대해 설명합니다D. 정자 경쟁 능력의 그 현상 초파리.

서론

제프 파커 곤충과 진화의 의미 ² 정자 경쟁의 유행을 언급하기 때문에, 초파리와 다른 종의 연구 서지는 다양한 수준에서이 현상에 대한 몇 가지 빛을 발산하기 위해 노력했다. 관심 분야의 예는 자연 인구 ^9,10, 유전 구조와 유전 적 요인에게 ^11-14 기본의 관련성, 그리고 남녀 ^15,16 사이의 공진화를 몰고있는 그것의 역할의 변화의 조사되었다. D.에 초파리 여성, 전문 정자 저장 기관의 제한된 용량, spermatheca 및 정액 소켓 ^6,17의 쌍은 서로 다른 남성의 정자의 경쟁에 기여한다. 약 1,500 정자 언급 기관 ^18,19에서 수용 할 수있는 여성 만 ~ 500 짝짓기 중에 전송됩니다. 실험실, 제어 이중 교배 실험에서참고 남성과 관심의 하나 또는 그 이상의 남성과 관련된 사항은 광범위 정자 경쟁 능력 ^7,8을 평가하는 데 사용되었다.

정자 경쟁 능력은 총 자손에 이중 결합 실험에서 실험 남성들이 희망하는 자손의 비율로 추정, 즉 그 실험 기준 남성 모두에서.입니다 정자 경쟁 능력의 두 가지 구성 요소는 별도의 분석에서 평가 각각 구성되어 있습니다. 범죄 분석에서 첫 번째 남성의 정자를 치환하는 실험적인 남성의 정자의 능력은, 기준 남성 즉, 평가됩니다. 반대로, 국방 분석에서 실험 남성의 정자의 능력은 변위에 저항하거나 참조 남성 정자의 수정 성공을 줄이기 위해 평가됩니다. 분석, 방어 또는 공격의 유형에 따라 정액 경쟁 능력 점수 P _1, P _2, 각각을 통해 추정된다. 피_1과 P ₂ 0과 1 사이의 값만을 취할 수 있습니다. 중간 값은 일반적으로 직접 정자 경쟁을 포함하는 생리 시나리오를 제안 정자 혼합의 간접적 인 증거로 해석됩니다. 같은 원리에 따라 극단적 인 값은 강력한 차등 정자 경쟁 능력에 대한 증거로 해석 될 수 있습니다. 초기 연구는 보여 주었다 D.에있는 P ₂ 초파리 ^7을 길게 두 교배 사이에 경과 된 시간으로 증가 0.8 이상이다. 이와 같은 실험 설계는 다른 초파리 종에서 사용되었습니다, P ₂ 정자 경쟁 능력 ^20을 평가하는 연구에서 일반적으로 사용되는 통계되고있다. 대부분의 종, 시험 균주의 P ₂ 값은 0.6 ^21보다 높다. 그럼에도 불구하고, 다른 남성의 정자 사이의 직접적인 경쟁 관계없는 여러 가지 다른 메커니즘은 동일 점수 (토론 참조) 얻을 수 있습니다.

디첫 번째 또는 두 번째 남성들이 희망하는 istinguishing 자손은 쉽게 식별 마커의 사용을 통해 가능하다. 초기 연구에서 남성의 하나의 치사량 복용에 조사 하였다 예를 들어, X-선은 방사선 조사 정자에 의해 수정 된 거의 모든 난자는 ⁷ 부화에 실패합니다. 그 후, 눈의 색소 침착이나 날개 모양을 변경 돌연변이는 가장 일반적으로 사용되는 마커했습니다. 전자의 예로는 돌연변이이다 BW (브라운) ^9, CN (진사) ²² W (화이트) ^23, 표현형의 두 번째 유형의 돌연변이 싸이 (곱슬) ^24에 해당하면서, 이러한 돌연변이의 일부에 결합되어 동일한 개인, 예를 들어, CN BW. 낮은 정도, allozymes ²⁵ 알려진 상속 패턴 microsatellites ^26,27도 사용되었습니다.

의 차이를 테스트하는 실험 설계정자 경쟁 능력은 클라크 등 본질적으로 여기에 다음을 설명했다. ^9. 이 실험에서 파생 된 결과는 전적으로 감시 아래 실험 남성 유형의 차이 친자에 대한 정보를 제공합니다. 또한 피트니스 ^14,28 정자 시각화 기법 ^24의 사후 수정의 차이에 대한 오차를 분석은 P _1의 차이 (또는 P ₂₎ 점수가 정자 능력의 차이로 해석 될 수 있습니다.

그림 1은 공격과 방어 분석 모두의 이론적 근거를 설명합니다. 프로세스의 물류를 설명하기 위해 범죄 실험 D.에 실시 초파리 ¹⁴ 자세히 설명한다. 이 특정 범죄 분석은 정자 경쟁 능력에 Multigene 사 가족 정자 특정 dynein 중간 체인 (SDIC)의 측정 효과를 테스트하는 데 사용되었다. 모든 회원이 Multigene 사 제품군의 s는 X 염색체에 나란히 존재합니다. 녹아웃 남성은 SDIC 클러스터를 삭제하여 생성 하였다. 삭제 된 세그먼트는 필수 유전자의 짧은 날개 (SW)를 포함하고 연구의 목적은 SDIC의 관련성을 평가하기 때문에, SDIC-SW 삭제를 들고 남성은 (P {SW}로 상징 SW의 유전자 사본에 의해 구출되었다 또한, 염색체 2 미니 화이트 리포터 유전자)를 수행하는. 눈 색깔은 친자 확인을위한 볼 마커로 사용되었다. 모든 파리는 참고 수컷으로 사용 된 균주 오레곤-R에서 이들의 예외 흰색 돌연변이 배경에 있었다.

프로토콜

작은 규모의 실험은 전체 절차에 익숙하게하기 위해 수행해야한다.

1. 버진 여성과 나이브 남성 수집

, B) 오레곤-R 개인 순진 기준 남성을 수집하기 위해, C) w ¹¹¹⁸ 개인 처녀 암컷을 수집하기 위해 : 설명 실험의 간단한 버전은 성인의 다음과 같은 조합을 포함하는 초기 십자가의 네 가지 유형으로 구성 ) P {SW} 동형 남성과 처녀 여자 순진한 실험 남성 (유형 I)를 수집하기 위해 SDIC의 야생 형 조직을 운반 제어 라인에서, 그리고 D) P {SW} 동형 남성과 SDIC-SW-삭제 운반 SDIC-SW 결핍 (유형 II)를 수행 순진 실험 남성을 수집하기 위해 처녀 암컷.

1. 8-10 여성과 5 명의 남성을 각각 포함하는 여러 개의 튜브를 설정합니다. 여성이 누워 허용계란 매 3-5 일 긴 새 튜브로 여행하는 성인, 어린이, 유아를 전송합니다. 병 아닌 병 필요한 경우 사용하고 항상 신선한 음식을 사용합니다. 필요한 튜브의 수는 연구 결과에 따라 실험 남성 유형의 번호와의 차이 (표 1)를 감지하는 데 필요한 것으로 추정 개인의 수에 따라 달라집니다. 유리 병 당 10 개 이상의 여성은 자손의 불임에 변화를 일으킬 수 있습니다 유생의 성장 동안 과잉 혼잡이 발생할 수 있습니다. 25 저장 작은 유리 병 ° 온도 제어 챔버에서 C.
2. 초기 십자가를 설치 한 후에 일에서 11 ^일, 12 ^일에 처녀 여성과 순진한 남성 수집을 시작. 대기 기간은 온도에 따라 다르며 낮은 온도 결과가 긴 개발 시간에 개인의 컬렉션을 지연. eclosion에 타이밍에 영향을 미치는 또 다른 요인은 매체의 유형입니다. 같은 옥수수 가루 효모 매체 ^29와 같은 영양 식품은 성인의 적절한 개발을 보장짝짓기를 용이 생식 시스템. 해제시 수집마다 4-6 시간을 비행. 수집 할 때, 병에 CO _2를 도입하여 파리를 마취, 파리를 아래로 누른 섹스 실체 현미경의 밑에 그들 (그림 2). 섹스와 적절히 표현형 및 라벨 유리 병에 다른 병에 원하는 파리를 놓습니다.

참고 1. 컬렉션 루틴은 폐기 전날 밤 동안 등장 성인에 의해 아침에 시작합니다. 하루 동안 한 번 또는 두 번 처녀 여성과 순진한 남성을 수집합니다. 일반적으로, D. 초파리의 수컷은 25 ° C ³⁰ eclosion 후 성적 성숙 8 시간이됩니다. 파리는 12시 12분 시간 빛 / 어둠주기에 따라 유지되는 경우 eclosion 두 개의 피크가 예상된다 : 첫 번째 1-2 시간 동안 조명이 꺼지기 전에 빛이, 그리고 2 시간 동안 켜진 후. Eclosion는 번데기 어두워 후 24 시간 이내에 발생합니다.

참고 2. 10 개 이상 여성 SH하시는 분은 동 자료와 관련한는 오버 크롤 링을 방지하기 위해 동일한 병에 넣어. 적어도 그들 중 하나가 처녀가 아니기 때문에이 또한 그들이 폐기해야하는 경우 여성의 손실을 제한합니다.

3합니다. 짧은 시간 기간에 처녀 여성과 순진한 남성의 적절한 수를 수집하기 위해 다음과 같은 조치를 채택 할 수 있습니다. 실험적인 남성의 두 가지 유형 (표 1)을 포함하는 실험 ^1천1백18w 15-20 병을 설정합니다. 가볍게는 미디어의 표면을 뿌려 산란을 촉진하기 위해 몇 건조 활성 효모 알약을 추가합니다. 연속적인 일에 부모에게 적어도 4 번을 전송합니다. 부모가 다른 유리 병 (그림 3)로 전송 한 후 각각의 병에 번데기에 사용할 수있는 표면을 높이기 위해 4 ^일 또는 5 ^{일 하루} 동안 다 접힌 종이 (7 × 5 ㎝) 삽입합니다. 초기 십자가에서 등장하신 성인의 수는 충분하지 않다면, 며칠 만 더 기다려 개별적를 수집유리 병에서 루게릭 병은 다른 날짜로 설정합니다. 작업 부하를 고르게하기 위해 여러 연속 일 동안 실험을 수행 할 계획입니다.

2. 이중 교배 실험

그림 4는 ^14에서 수행 이중 교배 실험에 관련된 주요 단계를 보여줍니다.

1. 1 일의 아침에, 첫 번째 짝짓기를 설정합니다. 오리건-R 남성은 범죄 분석에 짝을 가장 먼저입니다.
   1. 흡입기를 사용하여 10월 4일에서 5일까지 일 - 오래 된 흰색 눈 W ¹¹¹⁸ 처녀 여성과 10 빨간색 오레곤 R 순진한 남성 각을 포함하는 튜브를 설정합니다. 두 개의 유리 병은 연속 5 일 동안 매일 설정됩니다. 설정해야하는 병의 수는 사용 가능한 개인의 수에 따라 달라질 수 있습니다. 파리 2 시간 동안 짝짓기를 할 수 있습니다.
   2. 오레곤-R 남성을 버리고 흡인기 (그림 5)를 사용하여 새로운 유리 병으로 각각의 여성을 배치합니다. 섹스 신분증 약간의 육안 검사에 의해 달성 될 수있다형태의 차이 (그림 2). 적절하게 각 유리 병에 라벨을 2 일 (이하 "V1")를위한 유리 병에 여성을 둡니다.
2. 3 일에, 두 번째 짝짓기를 설정합니다. 설정 남성과 십자가의 선택은 실험 남성 유형의 방향 잠재적 인 편견을 최소화하기 위해 무작위로 수행해야합니다.
   1. 표시등이 꺼져 있습니다 두 시간 전에, 흡인기와 새로운 유리 병에 다시 여성을 전송할 수 있습니다. 적절하게 새로운 병을 라벨 (이하 "V2").
   2. V2에 동일한 유전자형의 세 5-6 일 된 실험 남성을 소개합니다.
   3. 각각의 여성에 대한 2.2.1와 2.2.2를 반복합니다.
   4. 4 일, 오른쪽 빛 2 시간 전에는 흡입기를 사용하여 (즉, 2.2.1 이후 더 이상의 12 시간), 폐기 남성 켜져 있습니다.
3. 6 일에, 또 다른 새로운 유리 병에 다시는 여자를 전송할 수 있습니다. 적절 (이하 "V3") 새 튜브를 레이블을 지정합니다.
4. 10 일째에, W ^1118을 폐기 암컷을 먹다.
5. v2 및 v3의 자손을 검사합니다. 여성은 V2에서는 여성 처음 시작 ovipositing 다음날 17 예 V2 (또는 V3)에 도입 된 후 첫 번째 검사는 13-15일 후에 수행됩니다. 두 번째 검사 총 17 일 후에 정확히 수행됩니다. 이 시간 프레임은 같은 병에는 2 세대 보장하지 않는 안전 위의 시간적 경계를 포즈. 자손 계산을 용이하게하면서 두 가지 검사는 과잉 밀집을 방지합니다.
   1. 주 17, V1을 검사하고 현재 빨간색 자손이 있는지 확인, 그에 따라 병을 표시하지 않을 경우. 어떤 자손이 참조 또는 실험 수컷 발생하지 않았와 그 짝짓기를 나타냅니다 동안 하얀 눈 자손의 존재는 여성 최초의 교배시에 처녀 없음을 나타냅니다.
   2. 날 17 일에, V2의 첫 번째 검사를 수행합니다. 마취는 CO _2와 V2의 자손 등장과 눈 색깔과 성별을 정렬 할 수 있습니다. 첫 번째와 초만큼 아버지가 기록 자손 번호번째 남성. 그림 6은 각각의 짝짓기 방식의 자손의 예상 표현형을 보여줍니다. 이 특정 실험 ^14에서 유일한 여성 자손은 명확 참조 또는 실험 남성들이 희망하는 따라서 만 딸의 정보는 P _2를 계산하는 데 사용할 수있는 할당 할 수 있습니다. 다른 마커 남성 자손의 친자가 명확하게 할당 할 수있는 경우, 두 남녀의 자손 카운트 다운 스트림 계산에 사용할 수 있습니다. 자손을 무시하지만, 두 번째 검사 v2를 유지합니다.
   3. 주 20, V2에서는 새로 등장 자손과 2.5.2에서와 같이 진행하고 병을 버린다.
   4. 주 20에서 처음 v3의 등장 자손을 검사하고 단계 2.5.2를 따르십시오.
   5. 주 23, V3에 새로 등장 자손과 2.5.3에서와 같이 진행합니다.

주 1 : 다수의 짝짓기가있을 수있는 P 점수에 대한 잠재적 팽창 효과 (2.2.2 및 2.2.3) 때문에, 짝짓기특정 시간 프레임에 제한 될 수 있습니다. 시간 프레임은 암컷과 사용하는 남성의 유전자형과 관련된 remating 주파수에 따라 달라집니다. 여러 교배 확률은 특별히 야간 ^11시 감소된다.

주 2 :이 어른 파리의 수가 낮은 효모의 전면에 자라 난 가능성으로 인해 문제가 발생할 수 있기 때문에 살아있는 효모 알약을 추가하지 마십시오.

3. 데이터 분석

1. 기록 자손 계수는 적절한 통계 패키지 (SAS 연구소에서 예를 들어, JMP) 또는 무료 웹 기반 도구 (예를 들어 쉽게 육안 검사 및 효율적인 분석을 위해 적절하게 구성해야한다 http://vassarstats.net/ ).
2. 정자 경쟁 능력. V2와 V3에서 카운트를 추가합니다. 없거나 매우 제한된 자손 (예를 들어, <10)에 상승을 준 여성 파리는 절차 중에 사망 또는 만 성공적으로 insemina했다두 남성 중 한 테드가 아닌 정보로 간주되며 다운 스트림 통계 분석 (2.5.1 및 표 2)에서 제외됩니다. 각 정보 여성을위한 P ₂ 점수를 계산합니다.
3. 비교 실험 남성들 P ₂ 값이 통계적으로 유의 한 차이가 있는지 여부를 테스트합니다. 이 매개 변수 (예를 들어, Tukey의 HSD) 또는 P ₂ 값의 분포의 왜곡과 변화와 평균 사이의 의존성 등 여러 가지 요인에 따라 비 파라 메트릭 (예를 들면 강철 Dwass) 테스트를 사용하여 수행 할 수 있습니다. 각도 변환은 일반적으로 파라 메트릭 테스트 ^(31)의 사용하기 전에 같은 P _2와 비율에 적용됩니다.
4. 상대 속도 차이 (옵션). 각 실험 남성 유형에 대해 이중 성관계 여성과 첫 번째 남자 (범죄 분석의 기준 남성과 D의 실험적인 남성과 성관계를하는 사람들의 수를 계산efense 분석). 양측 피셔의 정확한 테스트를 (에서 사용할 수를 사용 http://www.langsrud.com/fisher.htm ), 실험적인 남성의 두 가지 유형 사이에 통계적으로 유의 한 차이가 있는지 여부를 결정합니다.
5. 성비 (옵션). 각 실험 남성의 경우, 예상되는 1:1 비율의 각 여성 벗어나로부터 자손의 여부를 성별 비율을 결정하기 위해 카이 제곱 검정을 사용합니다.

결과

표 2는 두 개의 범죄 실험의 일부 현저한 특징 (분석 실험 1과 2)를 요약하는 D. 와와 (각각 유형 I 및 II) 기능 SDIC 클러스터가없는 초파리 실험 남성은 ¹⁴ 비교됩니다. 계정에 일부 복제로 발생하는 다른 발생률을 복용 후, 여성의 58~83% 정보 및 따라서 그들의 자손의 친자 카운트가 P _2를 계산하는 데 사용 될 수있을 것으로 나타났다. 비 파라 메트릭 테스트의 결과는 그대로 클러스터 남성 (유형 I) ^14에 비해 SDIC 클러스터 (유형 II)없이 남성의 낮은 정자 경쟁 능력과 일치했다. 이 패턴은 수행 된 범죄 분석을 통해 재현했다. 비슷하지만 통계적으로 유의하지 추이 (미도시)이 병렬로 수행 방위 분석에서 발견되었다. 중요한 것은, 짝짓기 속도 차이 (단계 3.4)의 부재 가능성을 배제하는남성 유전자형 여성 remating 행동 ^{14에 영향을...}

토론

우리는 전적으로 별개의 상대적 기여도의 차이를 평가하는 실험 설계를 설명했습니다 D. 제어 이중 교배 실험 ^7,8의 자손에 melanogaster의 남성. 이 정자 경쟁 능력에 영향을 미칠와 유사한 절차는 방위 분석 (그림 1)에 적용되지만 그것이 범죄 분석에서 설명 된 가설 유전 적 요인의 맥락에서 수행되었습니다. 이 실험 설계는 이러한 여성의 유전자형 ^(32)의 영향으로 친자 성공의 다른 측면을 테스트하기 위해 수정할 수 있습니다. 통합 할 수있는 수정의 예는 여성의 두 번째 남성과 교미를 직접 모니터링합니다. 또한, 실험 남성 유형의 상대적인 성능은 남성과 여성에서 사용하는 테스터의 유전자형에 의존하기 때문에 다른 시나리오로 추정 할 수없는 점에 유의하는 것이 중요합니다다른 테스터 남성과 여성 ^10,32,33를 포함.

필요한 개인 (처녀 여성과 순진한...

재료

이 논문에 사용된 재료 목록

이름	회사	카탈로그 번호	댓글
호박색 라텍스 튜빙	VWR	62996-473	1/4 인치 ID, 1/6 인치 벽
1 ml 눈금이 매겨진 XL 필터 팁	USA Scientific	1126-7810	모든 1 ml 피펫 팁을 사용할 수 있지만 반투명하고 긴 팁이 플라이 리시버로 더 좋습니다. 필터 팁을 사용하는 경우 팁 끝을 다듬은 후 바늘을 사용하여 필터를 찔러 버리
Parafilm	Sigma	P-7793
Mesh Fabric			Thin and
smooth 실체현미경	Leica	S6D
CO2 Tank	Airgas	CD-50	CO2를 사용할 수 없는 경우 FlyNap(Carolina Biological Supply Company)을 대안으로 사용하십시오
FlyStuff 풋 밸브, 전체 시스템	Genesee Scientific	59-121C	FlyNap을 사용하는 경우 필요하지 않음
플라스틱 바이알	Genesee Scientific	32-109	바이알을 보관하는 데 재사용할 수 있는 판지 트레이와 함께 제공
면봉	Fisher Scientific	AS-212
활성 건조 효모	Red Star		일반 식료품점에서 볼 수 있는
Sharpie 마커			다양한 유전자형을 표시하기 위해 다양한 색상을 사용할 수 있습니다