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Method Article
This manuscript describes the setup, implementation, and analysis of boldness, aggression, and shoaling in zebrafish and testing for the presence of a behavioral syndrome. A standardized approach for behavioral quantification will allow for easier comparison across studies. Modifications to this protocol are possible as each assay can be run individually.
Una sindrome comportamentale esiste quando specifici comportamenti interagiscono in diversi contesti. Zebrafish sono stati soggetti di prova in studi recenti ed è importante standardizzare protocolli per garantire analisi adeguate e interpretazioni. Nei nostri studi precedenti, abbiamo misurato coraggio monitorando una serie di comportamenti (tempo in prossimità della superficie, la latenza nelle transizioni, numero di transizioni, e freccette) in una vasca trapezoidale 1.5 L. Allo stesso modo, abbiamo quantificato l'aggressione da punture di osservazione, display laterali, freccette, e il tempo vicino a uno specchio inclinato in una forma rettangolare serbatoio 19 l. Dividendo un serbatoio di 76 L in tre parti, abbiamo anche esaminato le preferenze shoaling. Il saggio shoaling è un test altamente personalizzabile e può essere adattata per specifiche ipotesi. Tuttavia, protocolli per questo test anche devono essere standardizzati, però sufficientemente flessibile per la personalizzazione. In studi precedenti, camere di testa erano o vuoto, conteneva 5 o 10 zebrafish, o 5 danios Pearl (D. albolineatus). Nel following manoscritto, vi presentiamo un protocollo dettagliato e dati rappresentativi che accompagnano applicazioni di successo del protocollo, che permetterà per la replica degli esperimenti sindrome comportamentale.
Vi è un crescente corpo di letteratura indagare le associazioni tra comportamenti distinti all'interno dei singoli animali da una data popolazione. Queste associazioni sono denominate sindromi comportamentali, e le misure includono tipicamente coraggio, aggressività, comportamento esplorativo, e la socialità 1-5. sindromi comportamentali sono preziosi per ragioni sia diretti che indiretti. Direttamente, la conoscenza delle sindromi comportamentali in grado di fornire una visione più completa della teoria evoluzionistica, la struttura della popolazione, e la dinamica della popolazione 3. Indirettamente, la conoscenza per quanto riguarda le associazioni di comportamento può informare i campi che quantificano il comportamento, come la farmacologia 6, tossicologia 7, genetica comportamentale 8,9, ed endocrinologia 10. A causa di questi benefici diretti e indiretti, una maggiore conoscenza delle sindromi comportamentali è particolarmente importante in organismi modello di uso comune come il pesce zebra. Gli studi che utilizzano zebrafish si trovano ina varietà di discipline, tra cui l'analisi delle sindromi comportamentali 11-13. Per progredire le conoscenze nel campo della ricerca sindrome comportamentale, e perché altre discipline usano anche misure comportamentali per la verifica di ipotesi, sono necessarie descrizioni affidabili e succinte di comportamento per le analisi e interpretazioni validi e protocolli standardizzati faciliterà il confronto inter-studio all'interno delle specie. Il nostro protocollo è stato sviluppato per misurare una sindrome comportamentale audacia-aggressione-shoaling in una popolazione di zebrafish laboratorio-allevati 14. Tuttavia, in base al protocollo (monitoraggio singoli pesci, garantire una corretta randomizzazione, e le analisi del caso) può essere facilmente modificato per una serie di misure comportamentali alternativi. Inoltre, saggi di audacia, aggressione, o shoaling possono essere eseguiti singolarmente per la verifica delle ipotesi distinte. Pertanto, mentre è il nostro obiettivo di descrivere come condurre uno studio sindrome comportamentale e il protocollo per il successo l individualela misurazione del comportamento evel, ogni aspetto di questa procedura può stare da solo.
La letteratura sulle sindromi comportamentali estende su diversi gruppi tassonomici, da artropodi all'uomo 4 e, per misurare una sindrome comportamentale, almeno due contesti comportamentali devono essere quantificati. Purtroppo, vi è spesso scarsa coerenza nei saggi che vengono utilizzati per quantificare la misura del comportamento di tutti gli assi di comportamento. Ad esempio, nel pesce, l'audacia può essere misurata mediante saggi T-labirinto, test in campo aperto, o l'introduzione di un romanzo o di stimolo stranieri 15. Studi aggressione nei pesci potrebbero comportare interazioni diade, saggi video di stimolo, o saggi modello in creta 12,16,17. Analogamente, l'analisi del comportamento shoaling, che in genere comporta la misurazione di preferenza shoalmate, può essere eseguita in diversi tipi di serbatoi, con metodi differenti per determinare il tempo sezione 21-23. In questo protocollo un sottogruppo specifico del overall comportamento saggio repertorio è presentato. In particolare, questo protocollo presenta una metodologia per monitorare gli individui attraverso l'audacia, l'aggressività, e saggi shoaling in modo da facilitare il confronto all'interno di individui per determinare se i confronti sono coerenti in tutti gli individui all'interno di una popolazione. Abbiamo effettuato questo protocollo con zebrafish e amatitlania nigrofasciata (Amatitlania nigrofasciata) in studi precedenti 14,18, e funzionerà con tutti i pesci d'acqua dolce di dimensioni simili.
saggi Boldness sono condotti in un serbatoio trapezoidale 1,5 L che ha una linea orizzontale che delimita aree uguali dimensioni in porzioni superiore e inferiore del serbatoio. comportamenti quantificati includono il numero di transizioni dal pesce di prova tra la parte superiore e inferiore del serbatoio, il tempo trascorso in ciascuna porzione, il numero di freccette, e la latenza di entrare nella porzione superiore. Il dosaggio aggressione avviene in una vasca rettangolare 19L che comprendeuno specchio 3 pollici x 5 pollici inclinato di circa 22 ° situato nell'angolo in basso a sinistra della vasca 19. Comportamenti quantificati comprendono la quantità totale di tempo trascorso dai pesci bersaglio interagire con lo specchio 20, insieme a specifici indicatori aggressivi - il numero di punture, schermi laterali, freccette tra i pesci di prova e il suo riflesso. Per questi indicatori specifici, punture sono definiti come affondi rapidi verso lo specchio con una bocca aperta, schermi laterali sono definiti come la svasatura di alette laterali, pettorali, anale e dorsale nella direzione dello specchio, e freccette eventuali movimenti erratici che sono non diretto verso lo specchio. Infine, il saggio shoaling quantifica il comportamento di un pesce di prova nel centro della camera di un serbatoio tri-incamerata. Le camere laterali della vasca sono vuote, o contengono una "target banco" di pesce, e il momento in cui il pesce di prova passa in prossimità di ogni camera laterale viene misurata 21-23. Un unico punteggio composito, denominato Strength di shoaling (SOS), viene calcolato per ogni pesce singolo test, specifico agli stimoli, e può essere usato in analisi valle 14. Tutti i comportamenti sono segnati da un unico spettatore, o più spettatori del software gratuito quantificazione del comportamento noto come JWatcher 24.
Verifica la presenza di una sindrome comportamentale è in primo luogo uno sforzo statistico, e si consiglia di seguire le linee guida così come presentato dal Budeav 2010 25. In particolare, si consiglia di eseguire una analisi delle componenti principali (PCA) in data centrati e normati in cui il gli ingressi sono i vettori di comportamenti di un individuo in analisi con più misure comportamentali (ad esempio, l'audacia e l'aggressione). Il PCA, eseguita su una matrice di correlazione, riduce la dimensionalità delle misure comportamentali, ed estrae quindi la conoscenza più importante che spiega la maggioranza della variazione. I componenti estratti possono quindi essere interpretate based in alti carichi di fattore per il comportamento individuale di interesse e di regressione colonne possono essere estratte per ogni individuo sulla base dei componenti esplicativi. Questi punteggi di regressione possono poi essere confrontati alla misurazione SoS e altre varie misurazioni non-comportamentali come la dimensione del pesce o il sesso.
Questo flusso di lavoro è stato implementato in uno studio delle sindromi comportamentali zebrafish in cui è stato scoperto una sindrome comportamentale specifica il sesso che esiste tra audacia e shoaling 14. In questa situazione, più audaci maschi zebrafish sono più propensi ad associare con, specie più aggressiva grandi (D. albolineatus), ma questa associazione si perde nelle femmine. Questo flusso di lavoro è stata implementata anche in uno studio di giovane detenuto parente ciclidi (Amatitlania nigrofasciata) 18, in cui una sindrome comportamentale non è stato scoperto, potenzialmente indicando la plasticità comportamentale della specie. Pertanto, il seguente protocollo è presentato wesimo un obiettivo di delineare la natura dei tre saggi specifici (coraggio, aggressività, e shoaling) nel quadro di studiare una sindrome comportamentale livello individuale.
Le seguenti metodologie per la custodia, la cura e lo studio di zebrafish sono stati approvati dal di San Giuseppe Università IACUC.
1. Zebrafish alloggio e cure
2. Installazione randomizzazione e serbatoio
3. Lo svolgimento del saggio Aggressione
4. L'esecuzione L'audacia Assay
5. L'esecuzione del saggio shoaling
6. Controllo di qualità dei dati
7. Analisi dei dati
A seconda della natura dello studio e protocollo specifico impiegato, diversi risultati distinte sono possibili in un esperimento sindromi comportamentale. Le tabelle e le figure, nei casi indicati di seguito, sono adattati dal nostro precedente studio pubblicato sulla rivista Behavioural Processes 14 e la rivista Zebrafish 17. Quando la proposta (come descritto sopra) è condotta nella sua interezza, due serie di risultati, 'entro correlazioni dosaggio' e &...
Il protocollo determinerà se ci sono associazioni coerenti in coraggio, aggressività e comportamenti shoaling in zebrafish. Se vi sono associazioni consistenti in una data popolazione tra uno di questi comportamenti, quindi una sindrome comportamentale è presente. Studiando sindrome comportamentale naturale di una popolazione, i ricercatori possono avere una comprensione più completa della sua dinamica comportamentale, struttura della popolazione, e la storia evolutiva possibilmente 3. Inoltre, manipoland...
The authors (GW and SPM) have no competing financial interests or conflicts of interest.
This work was supported by a Howard Hughes Medical Institute Education Grant and an internal grant from the Saint Joseph's University chapter of Sigma Xi. We would also like to thank the three anonymous reviewers who helped strengthen the protocol and interpretations.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Zebrafish Rack System | Aquaneering Inc | Cat. # ZS550 | |
Pet Valu Tropical Fish Food, 224.0 g | Pet Valu | Cat. # 31700 | |
Premium Grade Brine Shrimp Eggs, 16 oz | Brine Shrimp Direct | ||
1.5 L Trapezoidal Tank | Pentair Aquatic Ecosystems | Cat. # itsts-a | |
19 L rectangular tank | That Fish Place | 211932 | |
76 L rectangular tank | That Fish Place | 212180 | |
Hitachi KP-D20A CCD Camera | Prescott's, Inc. | ||
Nikon AF Nikkor 35-105 mm f/305~4.5s MACRO lens | Nikon Corporation | ||
ArtMinds Square Mirror, Value Pack 3" x 3" | Michaels | Cat. # 10334162 | |
Jwatcher | |||
SPSS Statistics Base | IBM | ||
R | The R Foundation |
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