实验操作的车身尺寸估计​​形态缩放关系果蝇

Biology
 

Summary

形态缩放关系的捕获和描述有机体的形状。我们提出了一个方法来衡量整个完全变质的昆虫体型自然形态缩放关系。使用一个简单的饮食操控,我们增加的特征尺寸的分布,允许的形状和大小如何变化的准确描述。

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Stillwell, R. C., Dworkin, I., Shingleton, A. W., Frankino, W. A. Experimental Manipulation of Body Size to Estimate Morphological Scaling Relationships in Drosophila. J. Vis. Exp. (56), e3162, doi:10.3791/3162 (2011).

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Abstract

身体各部位的比例是动物形态 1-7的核心特征。内,物种形态特征需要​​正确的比例,对身体功能的有机体;较大的人通常有较大的身体部位和个体较小,一般都较小的身体部位,这样,整个体形是保持整个成年体尺寸范围。正确比例的规定,是指物种内的个体通常表现在低相对性状的大小变化。相反,相对性状的大小显着不同物种之间和形态多样,是生产的一个主要机制。超过一个世纪的比较工作,建立这些区域内和种间模式3,4。

也许使用最广泛的方法来描述这种变化是计算使用异速生长方程的两个形态特征的大小之间的比例关系为Y =bxα,其中X和Y是两个特征,如器官和身体的大小为8,大小9。该方程描述了两个性状之间的组内(例如,物种,种群)的比例关系,无论在规模各不相同。此方程的日志转化生成一个简单的线性方程组,日志(Y)= LOG(B)+αlog(x)和日志记录图,同一物种的个体之间的不同性状的大小通常揭示一个拦截线性缩放日志(B)和α斜坡,被称为“异速系数”9,10 。群体间的形态变异是描述一个给定的特征对不同比例关系截获或斜坡。因此,异速生长方程的参数(b和α)的变化,优雅的描述的形状变化,器官和身体大小之间的关系内部和相互之间的生物群体(见11,12)抓获。

并非所有的特征相互或与车身尺寸( 13,14),因此线性规模,形态比例关系最翔实数据时是采取全方位的特征尺寸。在这里,我们描述了如何简单的饮食实验操作可用于在昆虫产生全方位的车身尺寸。这允许任何性状对全比例关系的估计,从而使一个如何塑造covaries规模和强大的生物群体之间的比例关系参数的比较完整的描述。虽然我们对果蝇的重点,我们的方法应该适用于几乎任何完全变质的昆虫。

Protocol

1。饲养和操纵的饮食生产在车身尺寸和机翼大小的变化

理性和概述。缩放关系最终取决于的发展,产生最后的器官和身体大小的变化的监管过程中的表达。这些进程是最好的工作, D.完全变质(即holometabolous)昆虫果蝇 ,在器官内生长为未分化的“成虫光盘”,喜欢GRUB 幼虫 11,15-17 。在果蝇中,最后的器官和身体大小是受经济增长在幼虫阶段,通过第一和第二的幼虫龄幼虫成长,直到他们达到最小的羽化可行的重量(MVW五)对第三龄幼虫18开始。实现MVW 发送前的饥饿防止成人羽化。然而,MVW 发送饿死的幼虫产生可行的成年人,尽管在一个非常小的的尺寸。这是因为在开发过程中的营养减少,降低最终的身体和器官的大小,不只是在果蝇,但几乎所有的动物19-21。通过操纵MVW 发送后的粮食供应达到,但化蛹发生之前,有可能诱发极端在车身尺寸的表型可塑性,大大超过了其他来源的变化(例如,个人的遗传变异)。

  1. 鸡蛋收集phenotyped人口,分为很多50放置在含瓶标飞食品10毫升。由于产卵不断发生,卵被收集三天每24小时,生产3个年龄组。
  2. 当最古老的人群达到徘徊阶段,或刚刚开始化蛹,饮食操纵应用。在这一点上,最古老的人群,远远超出 MVW发送,最年轻的世代是非常接近MVW发送,其余的队列是介于这两个极端之间。因此,在这一点上去除食物会产生非常大的成年人,从最古老的队列,从剩余的队列从最年轻的队列和中等大小的成人非常小大人。要删除从小瓶的幼虫,大约40%的蔗糖溶液5毫升的被添加到所有小瓶。为了自由的幼虫,食物是激动摇床表上15-20分钟设置一个中间速度。
  3. 罚款(00)画笔的​​蔗糖溶液,放入含有湿棉塞的小瓶,并允许化蛹的幼虫从浮动。另外,幼 ​​虫可能被放置在一个不易消化的食品添加剂,如甲基纤维素 22 。

2。车身尺寸的估计

理性和概述 。以往的研究表明,胸部的长度是较理想的整体机身尺寸 22代理。相反,我们使用蛹的大小作为衡量的车身尺寸。最大的车身尺寸是固定在化蛹之前停止喂养。因此,有一个蛹的大小和成年体大小23之间的紧密相关。

  1. 蛹腹侧被安排在显微镜幻灯片和影像使用数码相机连接在解剖显微镜。每幅图像被捕获,分配一个唯一的识别代码,并转移到一台计算机,通过现场的数码相机连接到计算机的饲料。
  2. 成像蛹被转移到个人2毫升epitubes含飞食品1毫升,标有个别的独特代码,并刺破气孔,使气体交换。
  3. 蛹的规模估计为蛹的轮廓的像素数量。也可以用于其他规格指标。

3。性状(翼)规模估计

理性和概述 。图像的翅膀,我们使用了“右翼采集”24日 ,拉,并拥有现场,麻醉飞垂直于它的身体翼。两片玻璃之间的压力,这使机翼作为一个二维对象的影像。

  1. 苍蝇麻醉轻轻CO 2和放置在机翼上装有一个连接到电脑上的数码相机,在解剖显微镜采集的地位。
  2. 翼下,个人的独特代码成像和保存。
  3. 翼的大小,可以使用最小的凸多边形,circumscribes像素数为翼的剪影边际固定标志或估计。

4。比例关系估计

  1. 跨世代的数据汇集,但按性别分开数转换。
  2. 比例关系是适合使用II型(即减少主要轴)回归(见12检讨),并为每个组估计参数的大小数据。

5。代表性的成果:

帐篷“我们的饮食操纵将产生广泛的身体尺寸(图1)和特征尺寸(图2)。绘图针对对方的日志转化特征,揭示了在一个给定的生物组的协变格局,并允许符合比例关系车身尺寸的形状尺度组(图3)提取的比例关系参数描述如何允许跨组的大小形状covaries比较。

图1
图1。蛹后通过饮食操纵产生的粒度分布的极端个人实现MVW发送。实际蛹的图像显示在左蛹的大小在右边的测量及其相应的剪影。比例尺为1mm。

图2
图2。翅膀后通过饮食操纵产生的车身尺寸分布的极端个人实现 MVW发送。实际翼图像显示在左侧显示在右侧的机翼尺寸测量其相应的剪影。比例尺为1mm。

图3
图3。翼身果蝇的性别大小缩放。数转换为每个性别完全美联储(黑眼圈),饿死(灰色圆圈)或两天(空心圆)作为幼虫的个人数据。 II型回归线显示每个性别。每个年龄组之间,平均机翼面积下降〜0.1毫米(〜7%)和〜0.2毫米(〜8%)时,增加观察到表型的总范围。回归分析显示,女性稍hypoallometric这个比例关系(坡度为0.96),而男性稍hyperallometric(斜率1.06)。

Discussion

形态缩放已经近一个世纪以来,在激烈的进化生物学研究的主题。最近,切近的基础上的增长和缩放调控已成为越来越重要的发展,生理学和遗传学(例如,看到在12,15,23-25 ​​评论)。我们的方法允许估计整个形态特征和身体大小的整个范围缩放关系。这可能是重要的,为特征的大小可能不与车身尺寸(如13,14)线性规模。然而,这可能不很明显,如果动物只在理想的实验室条件下饲养。

虽然我们的协议是明确允许翼的车身尺寸在果蝇中的比例关系估计,它可以用来与特质,具体的修改,估计任何苍蝇的形态特征的比例关系。同样,饮食操纵也可能被用来生产其他完全变质昆虫的特征和身体大小的全方位,这些应用仅仅需要知道什么时候该MVW E是在这一点上取得和运用在个体发育的操纵。

Disclosures

没有利益冲突的声明。

Acknowledgements

在这项研究中所描述的这项研究是由一个国家科学基金会的资助(DEB - 0805818)WAF的支持,AWS和ID这项研究也支持补助的IOS - 0845847 AWS,IOS - 0919855 AWS和ID和IOS - 0920720 WAF

Materials

None.

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Comments

3 Comments

  1. 40% sucrose as in weight or volume?

    Reply
    Posted by: Anonymous
    March 20, 2012 - 3:39 PM
  2. Weight.

    Reply
    Posted by: R. Craig S.
    March 5, 2014 - 8:16 AM
  3. Actually it's volume not weight.

    Reply
    Posted by: R. Craig S.
    March 5, 2014 - 8:19 AM

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