に形態学的スケーリングの関係を推定するためにボディサイズの実験的操作ショウジョウバエ

Biology
 

Summary

形態学的スケーリングの関係はorganismal形状をキャプチャして説明します。我々は完全に変成昆虫の体の大きさの自然な範囲内で形態学的スケーリングの関係を測定する方法を提示する。簡単なダイエットの操作を使用して、我々は、形状とサイズの共同どのように変化するかの正確な記述を可能にして、形質の大きさの分布を増加させる。

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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

体の部分のスケーリングは、動物の形態1-7の中心的な機能です。種内では、形態学的形質が正しく機能する生物のために身体に比例する必要がある、大規模な個人は、通常、大規模な体の部分と小さな個人の一般的に小さい体の部分を持っている、ように全体的なボディシェイプは、成人の体の大きさの範囲にわたって維持されます。正しい割合の要件は、種内の個体は、通常、相対的な特性の大きさで低いばらつきを示すことを意味します。対照的に、相対的な特性の大きさは、種間で劇的に変化し、形態的多様性が生産される主要なメカニズムであることができる。比較作業の世紀にわたって3,4これらの内と種間のパターンを確立しています。

おそらく、この変化を記述するために最も広く使用されているアプローチは、y = xとyがそのような臓器や体の大きさ8として、2つの特徴のサイズがbxα、アロメトリー式を使用して、2つの形態形質の大きさとの間のスケーリングの関係を計算することです、9。両方のサイズが変わるように、この方程式は、2つの特徴間のグループ内(例えば、種、個体群)のスケーリングの関係を説明します。この式の対数変換は単純な線形方程式を生成する、ログは(Y)=ログ(B)+αlog(x)と同じ種の個体間で異なる形質の大きさの対数プロットは、通常、切片を持つ線形スケーリングを明らかにログ(B)とαの傾きから、"相対成長係数"9,10と呼ばれる。群間の形態学的変化は、特定の形質のペアのためのスケーリングの関係のインターセプトや傾きの違いによって説明されています。その結果、相対成長式のパラメータの変化(bおよびα)はエレガントな生物学的なグループ内との間で臓器や体の大きさの関係(11,12を参照)で取得された形状の変化を説明します。

すべての形質が互いにまたはそのため体の大きさ(例えば、13,14)が直線的な比例関係ではない、形態学的スケーリングの関係は、データが特徴サイズの全範囲から取られている場合に最も有益です。ここでは、食事の簡単な実験的操作が昆虫の体の大きさの全範囲を生成するために使用できる方法について説明します。これは、サイズおよび生物学的なグループの間でスケーリングの関係のパラメータの堅牢な比較による形状のcovaries方法の完全な記述を可能にする、特性の任意のペアのためのフルスケールの関係の推定を可能にします。我々はショウジョウバエに焦点を当てていますが、私たちの方法論は、ほぼすべての完全に変成昆虫にも適用できるものです。

Protocol

1。体の大きさと翼の大きさの変化を生成するために飼育し、食事の操作

合理的と概要。スケーリングの関係の表現、最終的な臓器や体の大きさの変化を作り出す発達規制プロセスで最終的にかかっています。これらのプロセスは、最善のようなD.のような(すなわち、完全変態)完全に変成昆虫を作品から説明されています器官は幼虫11,15-17に似たgrub内に未分化"成虫ディスク"として成長キイロ 、。 ショウジョウバエでは、最終的な臓器や身体の大きさは幼虫の段階で成長によって規制されている、彼らは、サード幼虫齢18の先頭に向かって羽化するための最小限の実行可能な重量(MVW E)に達するまで、幼虫は第1および第2の幼虫齢によって成長する。 MVW Eの達成前に飢餓が羽化を防止します。しかし、MVW Eで餓死している幼虫は、非常に小さなサイズではあるが、現実的な大人を生成します。これはため、開発中に栄養を減少さだけでなくハエではなく、ほとんどすべての動物19から21に、最終的な身体と器官の大きさを低減します。蛹化が発生する前にMVW Eが達成された後、食品の可用性を操作するが、ことによって、それが大幅に(例えば、個々の遺伝的変異)変異の他の情報源を上回るボディサイズに極端な表現型可塑性を誘発することが可能である。

  1. 卵は50のロットに分けて、表現型する母集団から採取し、標準的なフライ食品10mlのを含むバイアルに配置されます。産卵が継続的に発生するため、卵は3つの年齢コホートを生産、三日ごとに24時間を集めている。
  2. 最古のコホートは、放浪の段階に達するか、単に蛹になるために開始されたときに、食事の操作が適用されます。この時点で、最古のコホートがよくMVWのEを超えている、最も若いコホートでは、非常にMVWのEに近いされ、残りのコホートでは、どこかにこれらの両極端の間にです。従って、この時点で食品の除去は、最古のコホートから、残りのコホートから最年少コホートとの中間サイズの大人からの非常に小さな大人を非常に大きな大人が生成されます。バイアルから幼虫を削除するには、約5ミリリットル40%ショ糖溶液のは、すべてのバイアルに追加されます。幼虫を解放するには、食べ物は中間の速度に設定された加振台上で15〜20分間撹拌する。
  3. 浮遊幼生は、細かい(00)絵筆でショ糖溶液、湿った綿栓を含むバイアルに配置し、蛹になるために許可されてから削除されます。また、幼虫はこのようなメチルセルロース22のような非消化性食品添加物に配置することができます。

2。体の大きさの推定

合理的と概要 。これまでの研究では、胸部の長さが全体のボディサイズ22の理想的なプロキシ未満であることを示している。その代わり、私たちは体の大きさの尺度として、蛹のサイズを使用してください。最大ボディサイズは、蛹化の前に摂食の停止に固定されています。その結果、蛹の大きさと成人の体のサイズ23との間の緊密な相関関係がある。

  1. 蛹は、顕微鏡用スライドガラスに腹側を上に配置し、解剖顕微鏡に接続されたデジタルカメラを用いて画像化している。各画像は、キャプチャ一意の識別コードを割り当てられ、コンピュータにデジタルカメラを接続し、ライブフィードを介してコンピュータに転送されます。
  2. 画像形成された蛹は、その個々の固有のコードで標識したフライ食品の1mlを含む個々の2mlのepitubes、に移動し、ガス交換を可能にするためにairholesでパンクチャされています。
  3. 蛹の大きさは蛹のシルエットのピクセル数として推定されている。他のサイズのメトリクスを用いることもできる。

3。特性(翼)サイズの見積もり

合理的と概要 。イメージの翼に、我々は、"ウインググラバー'24、引き出しとその身体へのライブ、麻酔フライ垂直の翼を保持するを使用してください。ガラスの2枚の間に押された、これは翼が2つの次元のオブジェクトとしてイメージを作成することができます。

  1. ハエはCO 2で軽く麻酔し、コンピュータに接続されているデジタルカメラを装着した解剖顕微鏡で翼グラバの位置に配置。
  2. 翼は、その個々の固有のコードの下に画像化して保存されます。
  3. 翼のサイズが限界固定ランドマークを外接または翼シルエットの画素数として最小凸多角形を使って推定することができます。

4。スケーリングの関係の推定

  1. データは、コホート全体でプールが性別により分離し、対数変換されます。
  2. スケーリングの関係は、タイプII(すなわち、長軸の削減)回帰(12のレビューを参照)、各グループごとに推定されたパラメーターを使用してサイズのデータに適合している。

5。代表的な結果:

テント">私たちの食生活の操作は、本体のサイズ(図1)と形質の大きさ(図2)の広い範囲を生成します。互いに対して対数変換特性をプロットすると、特定の生物学的なグループ内共分散の彼らのパターンを明らかにし、スケーリングの関係をフィッティング許可グループへ(図3)。ボディサイズと形状のスケールがグループ全体の大きさとどのように形状のcovariesの比較を可能にする方法について説明スケーリング関係のパラメータの抽出。

図1
個人がMVWのEを達成した後、食事の操作を介して生成された粒度分布の極値から図1。蛹に。実際の蛹の画像は右の蛹の大きさの測定のためのそれらに対応するシルエットを左に表示されています。スケールバーは1mmです。

図2
個人がMVWのEを達成した後、 図2。ウイングスは、ダイエットの操作を介して生成される体のサイズ分布の両極端から取得。実際の翼のイメージは、右記の翼大きさの測定のためのそれらに対応するシルエットを左側に表示されています。スケールバーは1mmです。

図3
図3。性別によるキイロショウジョウバエのための翼胴サイズスケーリング。幼虫として1(灰色の円)または2日間(白丸)を餓死完全飼育(くま)、した各性別の個人のための対数変換したデータ。 II型の回帰直線は、それぞれの性別のために示されています。各年齢間のコホート、〜0.1ミリメートル(〜7%)の平均翼面積の減少と〜0.2とする。(〜8%)が観察された表現型の全範囲を増加させる、発生します。回帰は、男性が(傾き1.06)少しhyperallometricであるのに対し、女性はこのスケーリング関係(0.96の傾き)のための若干hypoallometricであることを明らかにする。

Discussion

形態学的スケーリングは、ほぼ1世紀の間進化生物学の激しい研究の対象となっている。最近では、成長とスケーリングの規制の近接基礎(例えば、12,15,23-25 ​​のレビューを参照)の開発、生理学や遺伝学でますます重要になっている。我々の方法は、形質と体サイズの全範囲にわたって形態学的スケーリングの関係の推定を可能にします。形質のサイズが本体サイズ(例えば、13,14)に直線的に拡張できない場合があるので、これは、重要になる可能性があります。動物が唯一の理想的な実験室の条件下で飼育されている場合は、これは明らかにできない場合があります。

我々のプロトコルがショウジョウバエにおける翼胴サイズのスケーリングの関係の推定を可能にするために明示的に開発されたが、それはハエの任意の形態学的特性のスケーリング関係を推定する形質固有の変更で使用することができます。同様に、食事の操作は、おそらく他の完全に変成昆虫の形質と体サイズの全範囲を生成するために使用することができます。このようなアプリケーションは、単にMVW Eを達成し、個体発生でその時点で操作を適用しているときに知る必要があります。

Disclosures

利害の衝突は宣言されません。

Acknowledgements

本研究で説明されている研究は、この研究はまた、助成金AWSとIDにIOS - 0845847 AWSに、IOS - 0919855とIOS - 0920720までがサポートされていたWAF、AWSとIDに国立科学財団助成金(DEB - 0805818)によってサポートされていましたWAF

Materials

None.

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References

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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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