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Environment

Protocollo per la valutazione degli effetti relativi di ambiente e genetica sulla Antler e la crescita del corpo per un cervide longevo

Published: August 8, 2017 doi: 10.3791/56059

Summary

Differenze fenotipiche tra le popolazioni di cervidi possono essere correlate a livello di popolazione genetica o nutrizione; discernimento che è difficile allo stato brado. Questo protocollo descrive come abbiamo progettato uno studio controllato dove variazione nutrizionali è stato eliminato. Abbiamo trovato che la variazione fenotipica dei cervi bianco - muniti di maschi era molto limitata di nutrizione di genetica.

Abstract

Cervide fenotipo può essere collocato in una delle due categorie: efficienza, che promuove la sopravvivenza oltre morfometrica stravagante crescita e di lusso, che promuove la crescita di grandi dimensioni di armi e corpo. Popolazioni della stessa specie visualizzano ogni fenotipo a seconda delle condizioni ambientali. Anche se antler e dimensione corporea dell'uomo cervo dalla coda bianca (Odocoileus virginianus) varia da una regione fisiografiche in Mississippi, Stati Uniti d'America ed è fortemente correlata con la variazione regionale in termini di qualità nutrizionale, gli effetti della genetica di popolazione-livello dalle scorte native e precedenti sforzi di rifornimento non possono essere trascurati. Questo protocollo descrive come abbiamo progettato uno studio controllato, dove altri fattori che influenzano il fenotipo, quali l'età e la nutrizione, sono controllati. Abbiamo portato le femmine gravide pescato e cerbiatti six-month-old da tre distinte regioni fisiografiche in Mississippi, Stati Uniti d'America per il Mississippi State University Rusty Dawkins Memorial cervo unità. Cervi della stessa regione sono stati allevati per produrre una seconda generazione della prole, che ci permette di valutare le risposte generazionale e gli effetti materni. Tutti i cervi mangiato la stessa alta qualità (pellet di 20% proteina greggia cervi) dieta ad libitum. Abbiamo univocamente contrassegnato ogni neonato e registrato piede posteriori, massa del corpo e lunghezza dal corpo intero. Ogni successiva caduta, abbiamo sedato individui tramite iniezione remoto e provato lo stesso morfometria più palchi degli adulti. Abbiamo trovato che tutti morfometria aumentato in dimensioni dalla prima alla seconda generazione, con compensazione completa della dimensione del antler (variazione regionale non è più presente) e una compensazione parziale della massa del corpo (alcune prove di variazione regionale) evidente nella seconda generazione. Seconda generazione di maschi che ha avuto origine dalla nostra qualità più poveri suolo area visualizzata su un aumento del 40% nella dimensione del antler e su un aumento del 25% in massa del corpo quando rispetto ai loro omologhi selvatici raccolti. I nostri risultati indicano la variazione fenotipica del selvaggi maschi cervi bianco - muniti in Mississippi sono più legati alle differenze di qualità nutrizionali rispetto a livello di popolazione genetica.

Introduction

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Fattori ambientali, che esperienze di una madre durante la gestazione e l'allattamento possono influenzare il fenotipo di sua prole, indipendente di genotipo1,2,3. Madri che abitano ambienti di alta qualità probabilmente produrrà prole che presentano un fenotipo di lusso (grande antler e corpo misura4), considerando che le madri che popolano un ambiente di bassa qualità possono produrre prole che presentano un fenotipo di efficienza (piccole corna e corpo dimensioni4). Di conseguenza, persistenza in un ambiente di alta qualità può consentire una madre per produrre prole maschio con grandi caratteristiche fenotipiche, che possono influenzare direttamente opportunità riproduttiva5,6,7,8 della prole e indirettamente influenzare inclusive fitness della madre.

Anche se nutrizione influenza direttamente le caratteristiche fenotipiche tra taxa (Ursus americanus, Ursus arctos9; Liasis fuscusI 10; Larus michahellis 11), diversi fattori possono influenzare i fenotipi di cervi bianco - muniti in Mississippi, Stati Uniti d'America. Dimensione del antler e corpo sono circa un terzo più grande per alcune popolazioni rispetto ad altri12. Questa variazione è fortemente correlata con foraggio di qualità13,14; i maschi più grandi si trovano in aree con la più grande qualità di foraggio. Tuttavia, gli sforzi di restauro storico di cervi bianco - muniti in Mississippi possono hanno portato alla genetiche dei colli di bottiglia e/o fondatore effetti15,16, che può anche parzialmente spiegare alcune della variazione regionale osservata nel fenotipo di cervi bianco - muniti.

Forniamo il protocollo che abbiamo usato per controllare la qualità nutrizionale del pescato cervi bianco - Uniti, che ci ha permesso di valutare se il fenotipo maschio è limitato dal livello di popolazione genetica. Questo protocollo ha permesso anche di valutare se in ritardo gli effetti materni erano presenti nelle nostre popolazioni. Il nostro disegno controllato è preferenziale a studi condotti su popolazioni che vanno gratis che sono limitati all'utilizzo di variabili ambientali come un proxy per restrizione nutrizionali3,17. La nostra progettazione controllata consente inoltre di altre variabili come potenziale cronica di sforzo interazioni correlate al sociale che si terrà costante come tutti gli individui sono sottoposti a custodia simile e pratiche di allevamento. Inoltre, poiché nutrizione influenza direttamente gli altri aspetti di storia di vita che vanno dalla riproduzione a sopravvivenza18,19, controllo nutrizionale consente per gli investigatori valutare altre variabili che riguardano aspetti di storia di vita dei mammiferi. Protocolli simili sono state descritte per valutare questioni relazionati agli aspetti di storia di vita per altri ungulati attraverso il Nord America (ad esempio, 20,21).

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Representative Results

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Età individuali, qualità nutrizionale e la genetica influenza il fenotipo maschio cervi bianco - muniti. Il nostro disegno di studio ci ha permesso di controllare la qualità dei cervi di nutrizione si consumavano e ci ha permesso di identificare l'età di ogni cervo confronti validi all'interno delle classi di anno. Controllando la nutrizione e l'età con il nostro design studio, siamo stati meglio in grado di capire se la genetica di popolazione-livello era limitando il fenotipo dei maschi da studio due popolazioni. Miglioramento della nutrizione ha avuto un effetto positivo su tutte le misure morfometriche su 3,5 anni maschio cervo coda bianca da ogni regione di origine come rappresentato dall'effetto significativo della nostra variabile di generazione (tabella 1; Figure 5 e 6). Antler massa e dimensioni non variano tra le regioni di tre origine dopo due generazioni di nutrizione migliore, (Figura 6), che suggerisce che dimensione del antler non è limitato dal livello di popolazione genetica. Corpo massa notevolmente aumentato dalla prima alla seconda generazione, suggerendo che c'è una limitazione nutrizionale in natura per tutte le popolazioni; Tuttavia, c'era ancora regionali variazione tra maschi di seconda generazione (Figura 5). Pertanto, si può escludere la possibilità della genetica di popolazione-livello limitare la massa del corpo finale di cervi bianco - muniti in Mississippi.

Controllando la nutrizione e l'età per maschi cervi bianco - Uniti, inoltre abbiamo identificato una gerarchia di crescita, che ha rivelato che alcuni morfometria hanno la priorità rispetto ad altri. Ad esempio, antler massa visualizzati i più grandi aumenti dal primo al secondo-generazioni in tutte le regioni (tabella 2). Antler dimensione visualizzata del prossimo aumento più grande, seguito da metriche di massa e infine scheletrica del corpo. Questa gerarchia di crescita suggerisce che scheletrici metriche sono altamente canalizzati e sono meno in grado di rispondere ai cambiamenti nell'alimentazione. Inoltre, questo modello è costante per tre popolazioni di maschi cervi bianco - muniti, che informa i responsabili quanto a cui morfometria risponderà in primo luogo ai regimi di gestione che mirano a migliorare la qualità e la quantità nutrizionale. I risultati completi sono riportati e discussi in riferimento31.

Figure 5
Figura 5 : Generazionali aumenti delle metriche di corpo di maschi adulti. Miglioramento generazionale della mediana del corpo (TBL) di lunghezza del corpo totale, massa e lunghezza piede posteriore (HFL) per cattività 3,5 anni maschi cervi bianco - Uniti ospitati in Noxubee, Attala, Copiah e Scott County, Mississippi, USA. Linea tratteggiata sull'asse y rappresenta la massa corporea medio di raccolta dati raccolti dal Mississippi, Stati Uniti d'America e viene utilizzato per il confronto di prima e seconda generazione. Il diamante nero rappresenta la media prevista. Baffi indicano minimo e valori massimi mentre cerchi aperti indicano valori erratici. Questa figura è stata modificata da riferimento31. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figure 6
Figura 6 : Generazionali aumenti delle caratteristiche di Antler dei maschi adulti. Generazionale miglioramento delle caratteristiche di antler mediano per prigionieri 3,5 anni maschi cervi bianco - Uniti ospitati in Noxubee, Attala, Copiah e Scott County, Mississippi, USA. Linea tratteggiata sull'asse y rappresenta il Punteggio medio antler di raccolta dati raccolti dal Mississippi, Stati Uniti d'America e viene utilizzato per il confronto di prima e seconda generazione. Il diamante nero rappresenta la media prevista. Baffi indicano minimo e valori massimi mentre cerchi aperti indicano valori erratici. Questa figura è stata modificata da riferimento31. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Table 1
Tabella 1: effetto di ogni parametro di modello: MCMCglmm modelli descrivono l'influenza della generazione (F2), età e regione (regionLoess, regionLCP) su caratteristiche fenotipiche. Abbiamo codificato generazione e regione come variabili categoriche e l'età come variabile continua. L'intercetta rappresenta la prima generazione (F1), i maschi di Delta one-year-old ed è considerato un termine di riferimento per il confronto di generazione, di età e di popolazione di origine regionale del suolo. Questa tabella è stata modificata da riferimento31.

Table 2
Tabella 2: crescita prioritizzazione gerarchia: % di aumento nei morfometria dalla prima alla seconda generazione di cattività 3,5 anni maschi cervi bianco - Uniti ospitato in Noxubee, Attala, Copiah e Scott County, Mississippi, USA. Questa tabella è stata modificata da refefence31.

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Discussion

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Ci sono diversi passaggi associati con nostro protocollo; Tuttavia, ci sono quattro passaggi critici che devono essere prese per assicurare il successo con questo protocollo. In primo luogo, durante la cattura di cervi selvatici, deve esserci diverse sedi di cattura in tutta una regione unica fonte (punto 1.1.1). Avere più posizioni di bloccaggio assicura che qualsiasi variabilità genetica associata alla regione di origine sarà rappresentata tra cervi. In secondo luogo, cervi devono essere tenuti separati dalla regione di origine durante la stagione riproduttiva (passaggi 1.4.9 e 5.2.1). Assicurare gli animali sono separati da origine limita la regione durante l'allevamento cervi all'allevamento solo con altri cervi dalla loro regione di origine stesso. Essere in grado di identificare in modo univoco ogni cervo è anche un passaggio fondamentale come in questo modo consente per determinazione di età precisa (punto 4.1.1). Infine, nutrizione deve ritenersi costante per tutte le popolazioni (punto 2.4).

Studiando in cattività cervi bianco - muniti ci ha permesso di controllare diverse variabili che altrimenti sono difficili da valutare e/o variare in natura. Ad esempio, cervi di invecchiamento secondo il dente sostituzione e usura metodo35 o dal corpo caratteristiche36 sono spesso difficili e precisione diminuisce con l'aumento dell'età37. Sapendo età esatta è un componente critico nel valutare i fattori che influenzano il fenotipo. Perché morfometria generalmente aumenta con l'età12, fare paragoni tra diversi animali invecchiati non è valido. Qualità nutrizionale può anche variare nel selvaggio13,14e deve essere mantenuta costante, in particolare quando l'obiettivo è quello di valutare se la crescita compensatoria si verifica fra le popolazioni più che osservano la variazione in nutrizione all'interno della loro regione di origine. Senza controllo di età e nutrizione, confronti validi e conclusioni circa gli effetti relativi di età, non è possibile effettuare nutrizione e genetica sui fenotipi cervi bianco - muniti. Tenendo questi fattori sono costanti in una struttura in cattività permette anche per risultati più probanti sui potenziali effetti generazionali. Negli studi osservazionali condotti allo stato brado, effetti solo possono essere associati a un proxy per restrizione nutrizionali3,17. Pertanto, disegni di studio in cattività possono essere più opportuno utilizzare in situazioni in cui molteplici fattori confondenti (ad es., nutrizione, genetica ed età) rispetto agli studi svolti sulle popolazioni che vanno gratis dove queste variabili non possono essere ritenute costante e/o sono sconosciute.

Anche se ci sono parecchi benefici associati con studi in cattività, esistono anche alcune limitazioni. Una limitazione del nostro design è l'ottenimento di un campione di dimensioni adeguate. Il numero di animali necessari dal selvaggio direttamente influenza non solo il numero totale di piccoli prodotti, ma anche la quantità di tempo impiegato per la loro produzione. Abbiamo ritenuto six-month-old cerbiatti di sesso e di femmine gravide come animali di destinazione allo stato brado. Anche se solo il targeting six-month-old cerbiatti può essere ulteriormente ridotta variazione correlata effetti materni come tutti gli individui sarebbero sono stati allevati in cattività per la stessa durata, targeting per sola età classe avrebbe ridotto il nostro modello indossa la taglia di wild catturato gli animali e, in definitiva, avrebbe ridotto il numero delle madri utilizzata nel nostro studio. Pertanto, abbiamo scelto di indirizzare six-month-old cerbiatti e le femmine gravide per aumentare la dimensione del campione. Inoltre, generando campione dimensioni abbastanza grandi per inferenza statistica quando si lavora con grandi mammiferi in cattività significa spesso sacrificare un vero controllo. Idealmente, ci avrebbe alimentato una dieta di controllo (un rappresentante di dieta della qualità nutrizionale e della quantità trovata nelle regioni di sorgente) a un sottoinsieme di cervi bianco - muniti da ogni regione di origine per il confronto in ogni generazione. Tuttavia, il nostro uso di un controllo limitavano vincoli logistici, e così abbiamo usato antler dimensioni e corpo massa raccolti dai dati raccolto come un confronto alla nostra progenie di prima generazione. Anche se i dati di raccolta ammessi per un confronto più completo, abbiamo solo avevano raccolto dati per dimensione del antler e corpo massa; altri morfometria che abbiamo misurato comunemente non vengono raccolti dagli individui raccolti.

Vincoli logistici associati con il lavoro in cattività possono anche ritenere irrealizzabile per molti ricercatori. Il gran numero di singoli animali inclusi in questa ricerca ha superato la capacità dell'unità MSU cervi; di conseguenza, abbiamo condotto questa ricerca con l'uso di impianti satellitari per i maschi adulti di casa. Strutture erano situati in Mississippi, Stati Uniti d'America, come tale, c'era potenziale per variazione regionale della vegetazione all'interno di ogni struttura satellite, simili a variazione regionale nella qualità nutrizionale di vegetazione naturale trovato in Mississippi, Stati Uniti13. Tuttavia, non ci sentiamo che questa variazione potenziale interessato i nostri risultati come vegetazione d'avvenimento naturale era limitata all'interno di ogni penna presso ogni impianto a causa della densità elevata cervi. La proteina pellettata servito come la principale fonte dieta del cervo. Sebbene tutti i servizi visualizzati simili metodi di allevamento, stabulazione degli animali presso l'unità di cervi MSU tutti-ricerca sarebbe stato ideale; così, l'uso di impianti satellitari è una limitazione alla nostra design studio. Inoltre, studi in cattività in genere visualizzino innaturalmente elevata densità degli allevamenti di studio. Alta densità può indurre stress cronico38,39 , che potrebbe anche potenzialmente influenzare il fenotipo40,41. Tuttavia, eventuali effetti di stress cronico, se presente, non sono comparso per influenzare i nostri risultati come morfometria aumentato dalla prima alla seconda generazione per ogni popolazione. Ciò suggerisce che, se presenti, tutte le popolazioni hanno reagito allo stesso modo allo stress cronico.

Nel corso di uno studio in cattività, ci sono diverse modifiche che possono essere necessari. Cervi spesso diventano abituati a stare in piedi collocamento entro le penne e possono diventare riluttanti a muoversi davanti gli stand durante eventi di guizzanti. I tecnici devono variare il modo essi accompagnano tiratori ai basamenti (ad es., camminare li ai basamenti vs spingendoli ai basamenti tramite veicolo nuovo compito). Corretto posizionamento cieco e rifilatura rami degli alberi e arbusti per scatti chiari inoltre è fondamentale, quindi ogni tentativo di sparo è ingrandita. Inoltre, mantenere cervi artificialmente alta densità in strutture di ricerca espone cervi a potenziali focolai di malattie come la malattia emorragica epizootica. Anche se la malattia emorragica epizootica possono essere vaccinata per, altre malattie che derivano non possono. I veterinari possono aiutare a identificare problemi di malattia e metodi appropriati necessari per affrontarle. I veterinari devono essere consultati durante i lavori di animali selvatici in cattività. Conducendo una ricerca di animali selvatici in cattività a volte richiede ai ricercatori di utilizzare metodi unici per risolvere i problemi che si presentano. Ad esempio, a seconda della posizione della struttura, malattie come la malattia emorragica epizootica possono essere prevalente in alcuni anni e possono richiedere ulteriori azioni da intraprendere per ridurre i suoi effetti sugli animali di studio.

Il nostro protocollo possa essere manipolato e utilizzato per valutare una varietà di domande per quanto riguarda le influenze di nutrizione sulla storia di vita dei mammiferi che sono difficili da indirizzo utilizzando free-che spaziano popolazioni. Questioni che coinvolgono molteplici aspetti della riproduzione come valutare come variazione nella produzione di latte o lunghezza di gestazione sono legate alle differenze di qualità nutrizionali e/o quantità possono essere indirizzata. Valutazione nutrizionale come limitazioni influenzano comportamenti come posizione dominante può essere affrontato. Sebbene nostre domande erano specifiche a cervi bianco - Uniti dal Mississippi, Stati Uniti d'America, studi in cattività possono essere applicati a qualsiasi taxa; Tuttavia, modifiche di impianto è necessario a seconda della specie di studio.

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Disclosures

Gli autori non hanno nulla a rivelare.

Acknowledgments

Ringraziamo il Mississippi Department of Wildlife, pesca e parchi (MDWFP) per il sostegno finanziario utilizzando risorse dell'aiuto federale in fauna selvatica Restoration Act (W-48-61). Ringraziamo i biologi MDWFP W. McKinley, r. Blaylock, Gary r. e L. Wilf per loro ampio coinvolgimento nella raccolta dei dati. Ringraziamo anche S. Tucker come coordinatore di struttura e più studenti laureati e tecnici per il loro aiuto di raccolta dei dati. Questo manoscritto è contributo WFA427 del Mississippi State University Forest e Wildlife Research Center.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
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)

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References

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Michel, E. S., Flinn, E. B., Demarais, S., Strickland, B. K., Wang, G., Dacus, C. M. Protocol for Assessing the Relative Effects of Environment and Genetics on Antler and Body Growth for a Long-lived Cervid. J. Vis. Exp. (126), e56059, doi:10.3791/56059 (2017).More

Michel, E. S., Flinn, E. B., Demarais, S., Strickland, B. K., Wang, G., Dacus, C. M. Protocol for Assessing the Relative Effects of Environment and Genetics on Antler and Body Growth for a Long-lived Cervid. J. Vis. Exp. (126), e56059, doi:10.3791/56059 (2017).

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