Yöntem makalesi

Morfolojik Ölçekleme İlişkiler tahmin Vücut ölçüleri Deneysel Manipülasyon Drosophila

16.3K görüntüleme

⸱

DOI:

10.3791/3162

⸱

1 Ekim 2011

 ,  ,  , 
1Department of Biology & Biochemistry, University of Houston, 2Department of Zoology, Michigan State University

Bu makalede

Özet

Morfolojik ölçekleme ilişkileri yakalama ve organizma şeklini tarif. Biz tam metamorfik böceklerin vücut boyutları doğal aralığında morfolojik ölçekleme ilişkileri ölçmek için bir yöntem mevcut. Şekil ve boyut birlikte değişir nasıl doğru bir açıklama izin, dağıtım özelliği boyutta basit bir diyet manipülasyonu kullanarak artırmak.

Özet

Vücut parçalarının hayvan morfolojisi 1-7 ölçeklendirme merkezi bir özelliğidir. Türü içinde, morfolojik özellikleri doğru çalışması için organizma için vücut orantılı olması gerekir; daha büyük bireyler genellikle büyük gövde parçaları ve küçük kişiler genelde daha küçük vücut parçaları var, genel vücut şekli, bir yetişkin vücut boyutları aralığında korunur. Doğru oranlarda için gereklilik, türün içindeki bireylerin genellikle göreli özelliği boyutu düşük varyasyon sergilemek anlamına gelir. Buna karşın, göreceli özelliği büyüklüğü türler arasında dramatik bir şekilde değişir ve morfolojik çeşitliliğin olduğu bir temel mekanizmadır. Karşılaştırmalı bir çalışma yüzyıl boyunca bu içi ve arası desen 3,4 kurmuştur.

Belki de bu değişimi anlatmak için en yaygın olarak kullanılan bir yaklaşım, ölçeklendirme allometrik denklemi kullanarak iki morfolojik özelliklerin boyutu arasında bir ilişki hesaplamak için y = bxα, x ve y gibi organ ve vücut boyutu 8 olarak iki özellikleri , boyutu , 9. Bu denklem, her iki boyutu değişir gibi iki özelliği arasındaki grup içi (örneğin, tür, populasyon) ölçekleme ilişkiyi açıklar. Bu denklemde Log-dönüşüm basit bir lineer denklem üretir, log (y) = log (b) + αlog (x) ve aynı türün bireyleri arasında farklı özelliklerin boyut log-log araziler genellikle bir yolunu kesmek doğrusal ölçekleme ortaya log (b) ve α bir yamaç, 'allometrik katsayısı 9,10 olarak adlandırılır. Gruplar arasında morfolojik farklılıklar belirli bir özelliği çifti için ölçekleme ilişki yakaladığını veya yamaçlarında farklılıklarla açıklanmıştır. Sonuç olarak, allometrik denklem (b) ve (α) parametreleri varyasyon zarif içinde ve biyolojik gruplar arasında (11,12), organ ve vücut büyüklüğü arasındaki ilişki yakalanan şekil değişimi açıklar.

Tüm özelliklerin birbirleri ile veya Bu nedenle vücut büyüklüğü (örneğin, 13,14) doğrusal ölçekli değil, morfolojik ölçekleme ilişkileri özelliği boyutları tam kapsamlı veri alındığında, en bilgilendirici. Burada diyet basit deneysel manipülasyon böceklerin vücut büyüklüğü tam üretmek için nasıl kullanılabileceğini açıklar. Bu, büyüklüğü ve biyolojik gruplar arasında ölçekleme ilişki parametreleri sağlam bir karşılaştırma ile şekli covaries nasıl tam olarak bir açıklama sağlayan özelliklerin herhangi bir çift için tam ölçekleme ilişkinin bir tahmin izin verir. Drosophila üzerinde odaklanmak rağmen, metodoloji hemen hemen her tam metamorfik böcek uygulanabilir olmalıdır.

Protokol

1. Vücut büyüklüğü ve kanat boyutu varyasyon üretmek için Yetiştirme ve diyet manipülasyonu

Akılcı ve Genel Bakış. Ölçekleme sonuçta nihai organ ve vücut büyüklüğüne varyasyon üreten gelişim düzenleyici süreçleri ilişkileri menteşe ifadesi. Bu süreçler iyi, bu tür D. böceklerin tam metamorfik (yani, holometabolous) çalışma açıklanan organlar gibi grub larva 11,15-17 içinde büyümek olarak farklılaşmamış 'hayali diskler melanogaster. Drosophila, larva aşamalarında son organ ve vücut büyüklüğü, büyüme ile düzenlenir; üçüncü larva instar 18 başlangıcında doğru eclosion için en az bir canlı ağırlığı (MVW E) ulaşana kadar larvaları birinci ve ikinci larva instar yoluyla büyümek . Açlık MVW E ulaşma önce yetişkin eclosion önler. Ancak, MVW E hasret larvalar çok küçük bir boyutta da olsa, canlı yetişkin oluşturmak . Bunun nedeni, geliştirme sırasında beslenme azalır sadece sinekler değil, hemen hemen tüm hayvanların 19-21, son vücut ve organ boyutu azaltır . MVW E sonra gıda kullanılabilirliğini işleyerek elde, ancak pupa devresi oluşmadan önce, büyük ölçüde varyasyon diğer kaynaklardan (örneğin, bireysel genetik varyasyon) ağır basar vücut büyüklüğü aşırı fenotipik plastisite ikna etmek mümkündür.

  1. Yumurta phenotyped nüfusu 50 çok bölünmüş, toplanan ve standart sinek gıda 10ml içeren flakon yerleştirilir. Yöntemlerinin koloni sürekli oluşur Çünkü, yumurta, üç yaş gruplarına üreten üç gün boyunca her 24 saat toplanır.
  2. Eski kohort dolaşıp sahne ulaştığında ya da sadece pupa başladı, bir diyet manipülasyon uygulanır. Bu noktada, eski kohort MVW E ötesinde, genç kohort MVW E çok yakındır ve bu iki uç arasında kalan kohort yere. Dolayısıyla, bu noktada gıda kaldırılması, eski kohort çok küçük kalan kohort genç kohort ve orta ölçekli yetişkin yetişkin çok büyük yetişkin üretecek. % 40 sukroz solüsyonu yaklaşık 5ml şişeleri larvaları, kaldırmak için tüm şişeleri eklenir. Larvaların serbest bırakmak için, yiyecek, bir ara hıza ayarlanmış bir çalkalayıcı masaya 15-20 dakika çalkalanır.
  3. Yüzer larvaları (00) ince bir fırça ile sakaroz çözeltisini, ıslak pamuk fiş içeren flakon yerleştirilir ve pupa izin kaldırıldı. Alternatif olarak, larva gibi metil selüloz 22 gibi sindirilemeyen gıda katkı maddesi yer olabilir .

2. Vücut büyüklüğü tahmini

Rasyonel ve Genel Bakış. Önceki çalışmalar, toraks uzunluğu, genel vücut büyüklüğü 22 için ideal proxy daha az olduğunu göstermektedir. Bunun yerine, vücut büyüklüğünün bir ölçüsü olarak pupa boyutunu kullanmak. Maksimum vücut büyüklüğü pupa devresi önce beslenmenin kesilmesi sabittir. Sonuç olarak, pupa boyutu ve yetişkin vücut büyüklüğü 23 arasında sıkı bir ilişki vardır.

  1. Pupa ventral yan cam mikroskop slaytlar düzenlenmiş ve diseksiyon mikroskobu bağlı bir dijital kamera kullanarak görüntülü. Her görüntü, esir, benzersiz bir tanımlayıcı kod atanır ve dijital kamera bilgisayara bağlayan bir canlı yayın aracılığıyla bilgisayar ortamına aktarılır.
  2. Görüntülenmistir pupa o birey için benzersiz bir kod ile etiketlenmiş sinek gıda 1ml içeren bireysel 2 ml epitubes, taşındı ve gaz alışverişine imkan airholes ile delinmiş.
  3. Pupa boyutu pupa siluet piksel sayısı olarak tahmin edilmektedir. Diğer boyut ölçümlerini de kullanılıyor olabilir.

3. Sürekli (kanat) boyutu tahmini

Rasyonel ve Genel Bakış. Görüntü kanat için, bir 'kanat kapmak' 24, çeker ve vücudu canlı, anestezi sinek dik kanat tutan kullanın. Iki adet cam arasında sıkıştırılmış, bu kanat iki boyutlu bir nesne olarak yansıması sağlar.

  1. Sinekler CO 2 ile hafifçe anestezi ve bir bilgisayara bağlı olan bir dijital kamera ile donatılmış bir diseksiyon mikroskobu kanat kapmak konumda yerleştirilir.
  2. Kanat, o kişi için benzersiz kodu altında görüntülü ve kaydedilir.
  3. Kanat boyutu kanat siluet piksel sayısı olarak ya da marjinal sabit simge çerçevesi oluşturulmuş minimum konveks çokgen kullanarak tahmin edilebilir.

4. Ölçekleme ilişki tahmini

  1. Veri kohortlarında arasında toplanmış ancak cinsiyete göre ayrılmış ve log-transforme.
  2. Ölçekleme ilişkiler Tip II (yani, İndirgenmiş Binbaşı Eksen) regresyon (12 inceleme) ve her grup için tahmin edilen parametreler kullanılarak boyutunu verilere uyacak.

5. Temsilcisi Sonuçlar:

çadır "> diyet manipülasyon vücut boyutları (Şekil 1) ve sürekli boyutları (Şekil 2), geniş bir ürün yelpazesiyle, birbirlerine karşı günlük dönüştürülmüş özellikleri Çizilmesi belirli bir biyolojik grup içinde covariation, kendi modelini ortaya koyan ve ölçeklendirme ilişki oturan izin verir grubu (Şekil 3) tarif ölçeklendirme ilişki parametreleri. çıkarımı nasıl vücut büyüklüğü ile şekil ölçekler gruplarında boyutu ile nasıl şekil covaries karşılaştırılmasına olanak sağlar.

figure-protocol-1
Şekil 1. Pupa aşırı diyet manipülasyon yoluyla üretilen boyut dağılımı bireyler MVW E ulaşmak sonra. Gerçek pupa görüntüler, solda ve sağda pupa boyutu ölçümü için bunlara karşılık gelen siluetleri ile gösterilmiştir. Ölçek çubuğu 1mm.

figure-protocol-2
Şekil 2. Wings bireylerin MVW E ulaşmak sonra aşırı diyet manipülasyon yoluyla üretilen gövde büyüklüğü dağılımı alınmıştır. Gerçek kanat ile sol, sağ gösterilen kanat büyüklüğü ölçümü için bunlara karşılık gelen siluetleri görüntüleri gösterilir. Ölçek çubuğu 1mm.

figure-protocol-3
Şekil 3 cinsiyete göre Drosophila melanogaster Wing-vücut ölçekleme. Larvaları (siyah daireler) ya da iki gün (açık daireler) açlıktan tam beslenen (koyu halkaları), her cinsiyetten kişiler için log-dönüştürülmüş verileri. Tip II regresyon çizgisi, her bir seks için gösterilir. Her yaş grubu arasında, ortalama kanat alanı düşüşler ~ 0.1mm (~% 7) ve ~ 0.2mm (~% 8) gözlenen fenotipleri toplam artan oluşur. Regresyonlar erkeklerde biraz hyperallometric (eğim 1.06) iken kadınlarda bu ölçekleme ilişki için (0.96 eğimi) biraz hypoallometric olduğunu ortaya koymaktadır.

Tartışma

Morfolojik ölçeklendirme, evrimsel biyoloji, yaklaşık bir yüzyıl için yoğun bir çalışma konusu olmuştur. Daha yakın zamanda, büyüme ve ölçekleme yönetmelik-ğer olarak geliştirme, fizyoloji ve genetik (örneğin, içinde 12,15,23-25 ​​yorumları görmek) giderek daha önemli hale gelmiştir. Bizim metodolojisi, tüm özellikleri ve vücut boyutları aralığında morfolojik ölçekleme ilişkileri tahmini izin verir. Bu özelliği büyüklüğü vücut büyüklüğü (örneğin, 13,14) ile doğrusal ölçekli olarak önemli olabilir. Ancak, eğer hayvanlar sadece ideal bir laboratuvar koşulları altında yetiştirilen bu bariz olmayabilir olabilir.

Bizim protokol Drosophila kanat-gövde ölçekleme ilişkisi tahmini izin açıkça geliştirilmiş olmasına rağmen, bu özelliğe özel değişiklik ile sinek herhangi bir morfolojik özellik için ölçeklendirme ilişkiyi tahmin etmek için kullanılır. Benzer şekilde, diyet manipülasyon muhtemelen diğer tam metamorfik böceklerin özelliği ve vücut boyutları tam üretmek için kullanılan olabilir, bu tür uygulamalar sadece MVW D elde edilir bilerek ve ontogeny bu noktada manipülasyon uygulayarak gerektirir .

Açıklamalar

Çıkar çatışması ilan etti.

Teşekkürler

Bu çalışmada açıklanan araştırma WAF için bir Ulusal Bilim Vakfı hibe (DEB-0.805.818) tarafından desteklenen, AWS ve kimlik Bu çalışma aynı zamanda AWS ve ID ve IOS-0.920.720 için AWS, IOS-0.919.855 hibe IOS-0.845.847 tarafından desteklenmiştir. WAF

Kaynaklar

  1. Schmidt-Nielsen, K. Scaling: Why is animal size so important. , Cambridge University Press. (1984).
  2. Calder, W. A. Size, function and life history. , Harvard University Press. (1984).
  3. Huxley, J. S. Problems of relative growth. , Methuen & Co. (1932).
  4. Gould, S. J. Allometry and size in ontogeny and phylogeny. Biol. Rev. 41, 587-640 (1966).
  5. Alberch, P., Gould, S. J., Oster, G. F., Wake, D. B. Size and shape in ontogeny and phylogeny. Paleobiology. 5, 296-317 (1979).
  6. Thompson, D. W. On growth and form. , Cambridge University Press. (1917).
  7. Klingenberg, C. P. Heterochrony and allometry: The analysis of evolutionary change in ontogeny. Biol. Rev. 73, 79-123 (1998).
  8. Dubois, E. Sur le rapport de l'encéphale avec la grandeur du corps chez les Mammiferes. Bull. Soc. Anthropol. 8, 337-374 Forthcoming.
  9. Huxley, J. S., Teissier, G. Terminology of relative growth. Nature. 137, 780-781 (1936).
  10. Huxley, J. S. Constant differential growth-ratios and their significance. Nature. 114, 895-896 (1924).
  11. Shingleton, A. W., Frankino, W. A., Flatt, T., Nijhout, H. F., Emlen, D. J. Size and shape: The developmental regulation of static allometry in insects. BioEssays. 29, 536-548 (2007).
  12. Frankino, W. A., Emlen, D., Shingleton, A. W. Experimental approaches to studying the evolution of morphological allometries: The shape of things to come. Experimental evolution: Concepts, methods, and applications. Garland, T., Rose, M. , University of California Press. (2009).
  13. Emlen, D. J. Artificial selection on horn length-body size allometry in the horned beetle Onthophagus acuminatus. Evolution. 50, (1996).
  14. Emlen, D. J., Nijhout, H. F. The development and evolution of exaggerated morphologies in insects. Annu. Rev. Entomol. 45, 661-708 (2000).
  15. Shingleton, A. W. Body-size regulation: Combining genetics and physiology. Curr. Biol. 15, 825-827 (2005).
  16. Nijhout, H. F., Davidowitz, G., Roff, D. A. A quantitative analysis of the mechanism that controls body size in Manduca sexta. J. Biol. 5, 16.11-16.15 (2006).
  17. Davidowitz, G., Nijhout, H. F. The physiological basis of reaction norms: The interaction among growth rate, the duration of growth and body size. Integr. Comp. Biol. 44, 443-449 (2004).
  18. Stieper, B. C., Kupershtok, M., Driscoll, M. V., Shingleton, A. W. Imaginal discs regulate developmental timing in Drosophila melanogaster. Dev. Biol. 321, 18-26 (2008).
  19. Colombani, J. A nutrient sensor mechanism controls Drosophila growth. Cell. 114, 739-749 (2003).
  20. Mirth, C. K., Riddiford, L. M. Size assessment and growth control: How adult size is determined in insects. BioEssays. 29, 344-355 (2007).
  21. Thissen, J. P., Ketelslegers, J. M., Underwood, L. E. Nutritional regulation of the insulin-like growth factors. Endocr. Rev. 15, 80-101 (1994).
  22. Boots, M., Begon, M. Resource limitation and the lethal and sublethal effects of a viral pathogen in the Indian meal moth, Plodia interpunctella. Ecol. Entomol. 19, 319-326 (1994).
  23. Shingleton, A. W., Mirth, C. K., Bates, P. W. Developmental model of static allometry in holometabolous insects. Proc. R. Soc. B. 275, 1875-1885 (2008).
  24. Stern, D. L., Emlen, D. J. The developmental basis of allometry in insects. Development. 126, 1091-1101 (1999).
  25. Emlen, D. J., Allen, C. E. Genotype to phenotype: Physiological control of trait size and scaling in insects. Integr. Comp. Biol. 43, 617-634 (2003).

Yeniden basım ve izinler

Bu JoVE makalesinin metnini veya şekillerini yeniden kullanmak için izin iste

İzin iste

Etiketler

Drosophila V cut BoyutuAllometrik DenklemDiyet Manip lasyonuKanat Boyutu l mPupa Silueti Analizikinci Tip RegresyonLarva KohortlarSakkaroz zeltisiMikroskop G r nt leme

İlgili makaleler