Baculum diseksiyonu, mikroBT Tarama ve Morfometrik Analizleri
Summary
Birçok biyolojik yapılar zor, modern morfometrik yöntemleri uygulamak için yapım, kolayca tanımlanabilir yerlerinden yoksundur. İşte biz boyutunu ölçmek ve varyasyonu şekillendirmek için kullanılan yarı işaretlerini belirlemek için hesaplama yöntemleri takip diseksiyon ve MikroBT'lerin tarama dahil fare baculum (penis bir kemik), çalışma yöntemleri göstermektedir.
Abstract
Modern Morfometri boyutu ve şekli varyasyonu ölçmek için güçlü bir yöntem sağlar. Bir temel gereksinimi yerlerinden tanımlayan koordinatların bir listesi; ancak bu tür koordinatlar örneklerin arasında homolog yapılar temsil etmelidir. Birçok biyolojik nesneler homoloji varsayımı karşılamak için kolayca tespit yerlerinden oluşan ederken, birçok tür yapıları yoksundur. Bir potansiyel çözüm örneklerinin arasında aynı morfolojik bölgeyi temsil bir nesne üzerinde yer yarı işaretlerini matematiksel olarak etmektir. Burada, matematiksel fare baculum (penis kemiği) yarı-işaretlerini tanımlamak için yeni geliştirilmiş bir boru hattı göstermektedir. Bizim yöntemler nesnelerin geniş bir geçerli olmalıdır.
Introduction
Morfometrik alan boyutu ve biyolojik formunun biçimine, bilimsel araştırma, 1, 2, 3, 4, 5, 6 temel bir adım ölçmek için yöntemler çeşitlilik bulunmaktadır. Geleneksel olarak, boyut ve şekil istatistiksel analizi, bir biyolojik yapısına işaretlerini belirlenmesi ve daha sonra, bir çok değişkenli çerçevesinde analiz edilebilir, doğrusal uzaklık, açı ve oranları ölçülerek başlar. Landmark tabanlı Geometrik Morfometri analizi ve görselleştirme 5 üzerinden veri toplama geometrik bilgiler koruyarak yerlerinden uzaysal konumunu koruyan bir yaklaşımdır. Genelleştirilmiş Procrust Analizi (GPA) m numuneler arasında bir uyum üretmek için konum, ölçek ve yerlerinden rotasyon farklılıkları ortadan kaldırmak için uygulanabilironların kare farklılıkları inimizes – ne kalır şekil farklılık 7'dir.
Herhangi bir morfometrik analizi önemli bir kavram benzerliği veya bir güvenilir örneklerin ya da yapılar arasında uygun biyolojik olarak anlamlı ve ayrık özellikler gösteren yerler belirleyebilir fikirdir. Örneğin, insan kafatasları morfometrik analizleri etkinleştirebilirsiniz homolog süreçleri, foraminanın, sütürler ve kanalları var. Ne yazık ki, karşılık gelen noktalara tanımlanması düz yüzeyler veya eğri 8, 9, 10, özellikle de, bir çok biyolojik yapılar arasında zordur.
Biz hesaplamalı geometri kullanarak aşağıda bu sorunu yaklaşım. genel iş akışı hepsi bu böylece nokta bulutu noktaları bir bulut olarak temsil edilebilir nesnenin üç boyutlu tarama oluşturmak ve sonra döndürmek ve dönüştürmektirpecimens ortak bir koordinat sistemi üzerinde odaklı. Sonra matematiksel nesnenin belirli bölgelerde yarı-işaretlerini tanımlar. Bu tür bölgelere yerleştirilen ayrık yarı görülecek 11 biyolojik keyfi vardır. Keyfi yerleştirilen görülecek biyolojik homolog olmayabilir çünkü not ortalamasına ve sonraki istatistiksel analizler yürütülmesi istenmeyen eserler 8, 12 üretebilir. Bu nedenle, biz bu yarı-görülecek matematiksel "slayt" için izin verir. Bu prosedür, yapılar arasında potansiyel farkı en aza indirir. Başka bir yerde açıklandığı gibi burada kullanılan kayar algoritması yoksun içindeki anatomik bölge ölçmek için uygun olan, kolayca görülecek 3, 6, 8, 10, 11, 12 karşılık gelen tespit edilmiştir. Bu yöntemler kendi li varmitations 13 fakat farklı bir boyut ve şekle sahip nesnelere uyarlanabilir olmalıdır.
Burada, bu yöntemin fare baculum 14 son çalışmada uygulanan nasıl göstermek, kazanmış ve memeli evrimi 15 sırasında birden çok bağımsız kez kesildi penis bir kemik. Diseksiyon ve belirli bir kemik hazırlanmasını baculum (Protokol 1), MikroBT'lerin görüntülerin üretimi (Protokol 2) ve tüm alt hesaplama geometri sağlayan bir biçime, bu görüntülerin dönüşüm ele (Protokoller 3 ve 4). ~ 100K xyz koordinatları bu adımlardan sonra, her numune temsil edilir. Biz o zaman etkili bir şekilde ortak yönelim içine tüm örnekler (Protokol 5) hizalamak dönüşümün bir dizi yürümek, sonra hizalanmış numunelerden yarı işaretlerini (Protokol 6) tanımlar. Protokoller 1-4 bakılmaksızın nesne analiz edilen benzer olmalıdır. Protokol 5 ve Protokol 6 SPE vardırkabinini bir baculum için tasarlanmış, ancak bu adımları ayrıntılı tarafından, araştırmacılar kendi ilgi nesnesi için uygun olacağını değişiklikler hayal edebiliyorum bizim umudumuz. Örneğin, bu yöntemlerin değişiklikler balina pelvik kemikleri ve kaburga kemikleri 16 çalışma uygulandı.
Protocol
Representative Results
Discussion
Yukarıdaki protokol kritik adımlar 1) Bacula diseksiyon vardır, 2) MikroBT'lerin görüntüleri toplama, 3) xyz düz bir dosyaya MikroBT'lerin çıktı dönüştürme, 4) Her numune en nokta bulutu dışarı segmentlere koordinatları, 5) Her numune dönüştürülmesi standart koordinat sistemi, ve 6) yarı yerler tanımlayan. Bu adımlar kolayca farklı nesneleri yerleştirmek için modifiye edilmiştir.
Bu yöntemler, olasılıkla çok kavisli en azından esas olarak "çub…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Tim Daley ve Andrew Smith ilk günlerinde birçok yararlı hesaplama tartışmalar sağlanan; Tim Daley Hesaplamalı kaynakları Güney Kaliforniya Üniversitesi'nde Yüksek Başarımlı Hesaplama Cluster tarafından sağlanan Protokolün 5. için gerekli program rotate_translate_cylindrical yazdı. Bu çalışma NIH hibe # GM098536 (MDD) tarafından desteklenmiştir.
Materials
| Dissecting scissors | VWR | 470106-338 | Most sizes should work |
| Dissecting Forceps, Fine Tip, Curved | VWR | 82027-406 | |
| 1.7 mL microcentrifuge tube | VWR | 87003-294 | |
| Absolute Ethanol | Fisher Scientific | CAS 64-17-5 | To be diluted to 70% for dissections |
| Floral Foam | Wholesale Floral | 6002-48-07 | |
| uCT50 scanner | Scanco Medical AG, Bruttisellen, Switzerland | ||
References
- Slice, D. E. Geometrics morphometrics. Annu. Rev. Anthropol. 36, 261-281 (2007).
- Slice, D. E. . Modern morphometrics in physical anthropology. 6, (2005).
- Zelditch, M. L., Swiderski, D. L., Sheets, H. D. . Geometric morphometrics for biologists: a primer. , (2012).
- Bookstein, F. . Morphometric tools for landmark data: geometry and biology. , (1991).
- Rohlf, F. J., Marcus, L. F. A Revolution in Morphometrics. Trends. Ecol. Evol. 8 (4), 129-132 (1993).
- Zelditch, M. L., Swiderski, D. L., Sheets, H. D., Fink, W. L. . Geometric morphometrics for biologists: a primer. , (2004).
- Rohlf, F. J., Slice, D. E. Extensions of the Procrustes method for the optimal superimposition of landmarks. Syst. Zool. 39 (1), 40-59 (1990).
- Gunz, P., Mitteroecker, P. Semilandmarks: a method for quantifying curves and surfaces. Hystrix. 24 (1), 103-109 (2013).
- Gunz, P., Ramsier, M., Kuhrig, M., Hublin, J. J., Spoor, F. The mammalian bony labyrinth reconsidered, introducing a comprehensive geometric morphometric approach. J. Anat. 220 (6), 529-543 (2012).
- Mitteroecker, P., Gunz, P. Advances in geometric morphometrics. Evol. Biol. 36 (2), 235-247 (2009).
- Bookstein, F. J. Landmark methods for forms without landmarks: morphometrics of group differences in outline shape. Med. Im. Anal. 1 (3), 225-243 (1997).
- Gunz, P., Mitteroecker, P., Bookstein, F., Slice, D. E. . Modern morphometrics in physical anthropology. , 73-98 (2005).
- Oxnard, C., O’Higgins, P. Biology Clearly Needs Morphometrics. Does Morphometrics Need Biology?. Biological Theory. 4 (1), 84-97 (2009).
- Schultz, N. G., et al. The genetic basis of baculum size and shape variation in mice. G3. 6 (5), 1141-1151 (2016).
- Schultz, N. G., Lough-Stevens, M., Abreu, E., Orr, T. J., Dean, M. D. The baculum was gained and lost multiple times during mammalian evolution. Integr Comp Biol. 56 (4), 644-656 (2016).
- Dines, J. P., et al. Sexual selection targets cetacean pelvic bones. Evolution. 68 (11), 3296-3306 (2014).
- Adams, D. C., Otárola-Castillo, E. geomorph: an R package for the collection and analysis of geometric morphometric shape data. Methods Ecol. Evol. 4 (4), 393-399 (2013).
