Protokół oceny względnego wpływu środowiska i genetyki na wzrost poroża i ciała długowiecznych jeleniowatych
8 sierpnia 2017
Różnice fenotypowe między populacjami jeleniowatych mogą być związane z genetyką lub odżywianiem na poziomie populacji; rozpoznanie, które z nich jest trudne w naturze. Niniejszy protokół opisuje, w jaki sposób zaprojektowaliśmy kontrolowane badanie, w którym wyeliminowano różnice w odżywianiu. Odkryliśmy, że zmienność fenotypowa samców jelenia bielika była bardziej ograniczona przez odżywianie niż genetykę.
Ogólnym celem tego eksperymentalnego projektu jest ustalenie, czy genetyka na poziomie populacji ogranicza poroże jelenia wirginijskiego, odocoileus virginianus i wielkość ciała, poprzez kontrolowanie innych zmiennych, które również wpływają na poroże i rozmiar ciała, takich jak wiek i odżywianie. Ta metodologia może naprawdę pomóc nam zrozumieć prawdziwą przyczynę zmienności morfologicznej gatunków dzikich zwierząt w całym ich zasięgu. Jest to ważne, ponieważ morfologia jest podstawą historycznego oznaczania podgatunków, a ponieważ ustawa o gatunkach zagrożonych kodyfikuje te różnice między podgatunkami, ważne jest, aby zrozumieć, czy te różnice są naprawdę spowodowane różnicami genetycznymi, które są znaczące i muszą być zachowane, czy też są to tylko różnice w jakości siedlisk żywieniowych, które są związane z siedliskiem, w którym występują te podgatunki?
Główną zaletą tej techniki jest to, że pozwala nam w kontrolowanym środowisku skupić się na konkretnej charakterystyce środowiska, w którym zwierzęta były wychowywane naturalnie, a w tym przypadku usuwamy zwierzęta z ich naturalnego środowiska i kontrolujemy odżywianie, aby sprawdzić, czy odżywianie jest przyczyną różnic morfologicznych. Technika ta może w rzeczywistości poprawić wdrażanie Ustawy o gatunkach zagrożonych, ponieważ pozwoli stanowym agencjom zasobów o ograniczonych zasobach na zidentyfikowanie znaczącej zmienności genetycznej. Dzisiaj technikę zademonstruje Dan Morina.
Absolwent w MSU Deer Lab. Zacznij od upewnienia się, że boczne ogrodzenie ma tkaninę zacieniającą, która działa jako wizualna i fizyczna bariera między kojcami. Zainstaluj podwyższone żaluzje skrzynkowe na jednym końcu każdego pióra, aby ułatwić zdarzenia związane z rzucaniem podczas zbierania danych.
Trzymaj dwa karmniki w stylu korytowym na oddzielnych końcach każdej zagrody, aby zmniejszyć konkurencję o pożywienie wśród jeleni. Na koniec zapewnij jeleniom wysokiej jakości dietę dodaj Lupitum. Zacznij od przejścia technika, który będzie rzucał się do końca kojca, w którym znajdują się podwyższone żaluzje.
Umieść jednego technika w żaluzji. Następnie poproś osobę, która odprowadziła technika do niewidomego, aby wróciła na przeciwległy koniec kojca. Po potwierdzeniu sedacji jelenia poprzez sprawdzenie odruchów ocznych nałóż maść okulistyczną na oczy.
I jeleń z opaską na oczy, aby zmniejszyć stres. Załaduj jelenia na noszy w stylu wojskowym. Następnie użyj termometru doodbytniczego, aby ocenić temperaturę ciała po wyzdrowieniu.
Ciepły jeleń z podgrzewanymi kocami, jeśli temperatura zwierząt jest niższa niż 37,7 stopni Celsjusza. Lub schłodzić jelenia okładami z lodu, jeśli temperatura zwierzęcia przekracza 40 stopni Celsjusza. I przetransportuj go za pomocą pojazdu użytkowego do wcześniej określonego obszaru gromadzenia danych.
Po przetransportowaniu zmierz masę ciała z dokładnością do jednej setnej kilograma za pomocą cyfrowej wagi wiszącej. A także długość tylnej części stopy i całkowita długość ciała z dokładnością do milimetra. Następnie podaj odpowiednie do wielkości ilości antybiotyku iwermektyny, szczepionki opiekuńczej i szczepionki przeciw leptospirozie.
Następnie, gdy zwierzę jest uspokojone, wykonaj trzy pomiary poroża od dorosłych samców za pomocą taśmy mierniczej do pomiaru poroża. Zmierz rozpiętość wewnętrzną, obwód podstawy i długość głównej belki poroża przed usunięciem poroża. Następnie usuń poroże około trzech centymetrów nad zadziorem za pomocą piły szablastej.
Po zebraniu danych należy umieścić jelenia w odpowiednim zagrodzie. I podawać 125 miligramów na kilogram chlorowodorku johimbiny lub 4,0 miligramów na kilogram chlorowodorku tylozyny, aby odwrócić skutki chlorowodorku ksylazyny. Na koniec monitoruj jelenie, aby upewnić się, że pozostają w pozycji mostkowej, dopóki nie wyjdą z sedacji i nie będą w pełni czujne.
Po pobraniu próbek poroża należy zmierzyć za pomocą drutu każdy pojedynczy ząb wystający z belki głównej oraz dodatkowe nietypowe punkty. Owiń drut wokół miejsca, w którym ząb przecina belkę główną i zaznacz ten punkt jako odniesienie. Następnie zmierz od tego punktu odniesienia do czubka zęba i powtórz dla każdego zęba.
Następnie zbierz pozostałe pomiary obwodu, identyfikując najmniejszy punkt między zębami G1 i G2, zębami G2 i G3 oraz zębami G3 i G4, jeśli występują. Jeśli ząb G4 nie jest obecny, zmierz odległość między punktem środkowym zęba G3 na końcu belki głównej. I zmierz obwód H4 w połowie drogi.
Na koniec zważ poroże z dokładnością do jednej dziesiątej grama za pomocą naukowej wagi cyfrowej. I zaprojektuj minimalną, krytyczną masę poroża wynoszącą jeden gram dla zwierząt w pierwszym roku z porożem krótszym niż trzy centymetry. Wyniki tego badania wykazały, że lepsze odżywianie miało pozytywny wpływ na wszystkie pomiary morfometryczne u 3,5-letniego samca jelenia bielika z każdego regionu źródłowego.
Masa i rozmiar poroża nie różniły się między trzema regionami źródłowymi po dwóch pokoleniach ulepszonego odżywiania. Co sugeruje, że rozmiar poroża nie jest ograniczony genetyką na poziomie populacji. Co więcej, masa ciała znacznie wzrosła od pierwszego do drugiego pokolenia.
Sugeruje to, że w naturze istnieje ograniczenie żywieniowe dla wszystkich populacji. Nadal jednak istniały różnice regionalne wśród samców w drugim pokoleniu. Po opanowaniu tej techniki zajmuje to tylko około godziny na zwierzę.
Ale wielkość próby jest naprawdę ważna, więc chcesz mieć jak najwięcej zwierząt w swoim badaniu, abyś mógł spędzić kilka dni, jeśli zajdzie taka potrzeba, na przetworzenie wszystkich swoich zwierząt. Podczas wykonywania tej procedury bardzo ważne jest, aby wszystko w zagrodach dla jeleni było przygotowane na sukces. Żaluzja musi być odpowiednio umieszczona w odpowiedniej odległości od ogrodzenia.
Pasy strzeleckie należy przeciąć, jeśli na drodze znajdują się gałęzie. A wszystko, co możesz kontrolować, musi być kontrolowane z wyprzedzeniem, ponieważ jedyną rzeczą, której nie możesz kontrolować, jest to, jak zwierzę będzie się zachowywać w konkretnej stresującej sytuacji, w którą je wprowadzasz. Korzystając z tej procedury, możesz również zmodyfikować składniki odżywcze eksperymentu.
Przyjrzyj się, w jaki sposób spożycie białka lub energii może zmienić ten potencjał genetyczny i ekspresję morfologiczną zwierzęcia. Ta sama metodologia może być stosowana przez innych badaczy do różnicowania rodzaju leczenia dostarczanego zwierzętom i przyjrzenia się innym rzeczom poza rozwojem morfologicznym. Możesz przyjrzeć się, w jaki sposób spożycie składników odżywczych wpływa na cechy historii życia, takie jak cechy rozrodcze i powrót do zdrowia po zapotrzebowaniu ciąży i laktacji.
Po obejrzeniu tego filmu powinieneś mieć dobre pojęcie o tym, jak kontrolować odżywianie i wiek, aby zobaczyć, jak genetyka i odżywianie oddziałują na rozwój morfologiczny zwierzęcia w niewoli. Nie zapominaj, że za każdym razem, gdy uspokajasz dzikie zwierzę, nawet w niewoli, istnieje ryzyko zranienia zwierzęcia, więc musimy zachować ostrożność i uważnie je monitorować.
Wyświetl pełny transkrypt i uzyskaj dostęp do tysięcy filmów naukowych
Przegląd
Niniejsze badanie analizuje czynniki wpływające na zmienność fenotypową u samców jelenia ogoniastego, koncentrując się na roli genetyki i żywienia. Poprzez kontrolowanie różnic żywieniowych, badanie ma na celu wyjaśnienie głównych czynników kształtujących cechy morfologiczne u dzikich zwierząt.
Kluczowe elementy badania
Dziedzina nauki
- Biologia zwierząt dzikich
- Genetyka populacyjna
- Ekologia
Wstęp
- Różnice fenotypowe u jeleniowatych mogą wynikać z czynników genetycznych lub żywieniowych.
- Zrozumienie tych różnic jest kluczowe dla ochrony i zarządzania gatunkami.
- Kontrolowane badania mogą pomóc wyizolować wpływ żywienia na morfologię.
- Identyfikacja istotnych wariantów genetycznych jest niezbędna dla funkcjonowania ustawy Endangered Species Act.
Cel badania
- Określenie, czy genetyka, czy żywienie ma główny wpływ na rozmiar poroża i ciała u jelenia ogoniastego.
- Poprawa zrozumienia zmienności morfologicznej w populacjach dzikich zwierząt.
- Dostarczenie informacji przydatnych dla strategii ochrony w zakresie wyznaczania podgatunków.
Zastosowane metody
- Kontrolowany projekt badania w celu wyeliminowania zmienności żywieniowej.
- Porównanie wielkości poroża i ciała w różnych populacjach.
- Koncentracja na specyficznych charakterystykach środowiskowych wpływających na morfologię jeleni.
- Ocena implikacji dla ustawy o gatunkach zagrożonych (Endangered Species Act).
Główne wyniki
- Stwierdzono, że zmienność fenotypowa była w większym stopniu ograniczona przez odżywianie niż przez genetykę.
- Kontrolowane warunki pozwoliły na uzyskanie jaśniejszego wglądu w różnice morfologiczne.
- Badanie podkreśla znaczenie jakości siedliska w populacjach jeleni.
- Wyniki mogą pomóc w identyfikacji istotnych zmienności genetycznych na potrzeby działań ochronnych.
Wnioski
- Odżywianie odgrywa kluczową rolę w kształtowaniu morfologii jelenia białogona.
- Zrozumienie tych czynników może usprawnić praktyki zarządzania dziką przyrodą.
- Przyszłe badania powinny kontynuować analizę interakcji genetycznych i środowiskowych.
Najczęściej zadawane pytania
Znaczenie dla przemysłu
Rozdzielenie genetycznych i środowiskowych czynników wpływających na cechy fenotypowe ma kluczowe znaczenie dla walidacji celu oraz pewności predykcyjnej w badaniach translacyjnych. Niniejszy protokół umożliwia kontrolowaną ocenę wpływu czynników środowiskowych i genetycznych na wyniki morfologiczne, co wspiera mechanistyczną redukcję ryzyka oraz rzetelną weryfikację hipotez w modelach przedklinicznych. Takie podejścia stanowią podstawę decyzji portfelowych w sytuacjach, gdy zmienność biologiczna może zakłócać rozwój terapeutyczny lub dopasowanie biomarkerów.
Strategiczne zastosowania w badaniach i rozwoju BioPharma
Wczesne odkrywanie i walidacja celu
- Umożliwia rygorystyczne testowanie hipotezy zerowej w celu wyjaśnienia wkładu genetycznego w stosunku do środowiskowego w kształtowanie fenotypu.
- Wspiera ograniczanie ryzyka mechanistycznego poprzez izolację zmiennych wpływających na punkty końcowe morfologii.
- Zwiększa pewność prognostyczną w zakresie walidacji celów w układach istotnych dla przebiegu choroby.
Przesiewy i opracowywanie testów
- Ułatwia przygotowanie ustandaryzowanych modeli biologicznych do późniejszych analiz ilościowych.
- Zapewnia powtarzalność i porównywalność wyników morfometrycznych w różnych kohortach eksperymentalnych.
- Umożliwia wiarygodną ocenę interwencji środowiskowych lub genetycznych w kontrolowanych warunkach.
Badania translacyjne i przedkliniczne
- Umożliwia dopasowanie punktów końcowych fenotypowych do strategii biomarkerów translacyjnych w warunkach kontroli czynników środowiskowych i genetycznych.
- Zapewnia ciągłość od etapu odkrywania po walidację przedkliniczną poprzez redukcję zmiennych zakłócających.
- Wspiera decyzje o dalszym rozwoju projektu w oparciu o analizę ryzyka dzięki wyjaśnieniu źródeł zmienności biologicznej.
Integracja potoku i przepływu pracy
Niniejszy protokół znajduje się na styku wczesnych odkryć i rozwoju modeli przedklinicznych, umożliwiając rzetelne testowanie hipotez oraz standaryzację modeli dla późniejszych badań translacyjnych.
- Biologia odkrywcza: Zapewnia ramy dla izolowania i testowania hipotez środowiskowych w przeciwieństwie do genetycznych w przypadku cech złożonych.
- Przesiewanie: Dostarcza powtarzalne, ilościowe dane morfometryczne odpowiednie do analizy porównawczej.
- Analityka: Generuje zestandaryzowane pomiary wspierające ewaluację statystyczną zmiennych zależnych.
- Badania translacyjne: Redukuje niejednoznaczność w opracowywaniu biomarkerów poprzez wyjaśnienie czynników sterujących fenotypem.
- Ponowne wykorzystanie w przedsiębiorstwie: Oferuje powtarzalny protokół możliwy do dostosowania do innych gatunków lub analiz cech, w których przecinają się czynniki środowiskowe i genetyczne.
Wpływ operacyjny i przedsiębiorstwowy
- Wartość naukowa: Zwiększa pewność prognostyczną i redukuje niejednoznaczność mechanistyczną w badaniach opartych na fenotypie.
- Wartość operacyjna: Standaryzuje systemy modelowe i protokoły pomiarowe w celu zapewnienia powtarzalności i skalowalności.
- Wartość strategiczna: Umożliwia podejmowanie świadomych decyzji o kontynuacji lub przerwaniu badań (go/no-go) poprzez wyjaśnienie źródeł zmienności biologicznej.
- Wpływ na portfolio: Wspiera priorytetyzację skorygowaną o ryzyko poprzez rozróżnienie efektów genetycznych od środowiskowych w odniesieniu do kluczowych punktów końcowych.
Wskazówki dotyczące wdrożenia
- Wymaga doświadczenia w pracy ze zwierzętami, pomiarach morfometrycznych oraz kontroli warunków środowiskowych.
- Wymaga dostępu do kontrolowanych pomieszczeń i specjalistycznego instrumentarium do ilościowego zbierania danych.
- Konieczne jest rygorystyczne ujednolicenie protokołów i sposobu rejestracji danych pomiędzy zespołami.
- Metoda jest możliwa do zastosowania w różnych systemach modelowych, lecz może wymagać modyfikacji protokołu w zależności od cech specyficznych dla danego gatunku.
- Krytycznym elementem dla rzetelnej i etycznej implementacji jest odpowiedni dobór wielkości próby oraz kwestie dobrostanu zwierząt.
