Name: dissection, microct scanning and morphometric analyses of the baculum
Uploaded: 2017-03-19T15:00:00
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Tim Daley e Andrew Smith forneceu muitas discussões computacionais úteis durante os primeiros dias; Tim Daley escreveu o rotate_translate_cylindrical programa necessário para o protocolo 5. recursos computacionais foram fornecidos pelo High Performance Cluster Computing na Universidade do Sul da Califórnia. Este trabalho foi financiado pelo NIH conceder # GM098536 (MDD).

Todos os procedimentos e pessoal foram aprovados pela universidade do instituto do sul da Califórnia para Animal Care e do Comitê Use (IACUC), protocolo nº 11394. 1. Baculum Dissecção e Preparação <ol><li> Euthanize um rato macho sexualmente maduros através de dióxido de carbono sobre-exposição, de acordo com protocolos estabelecidos pelo Comité pertinente Institucional animal Cuidado e Uso (IACUC). </li><li> Coloque o animal em decúbito dorsal, e prolongar o pénis através d...

<ol>
	<li>Slice, D. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Geometrics+morphometrics.">Geometrics morphometrics.</a> Annu. Rev. Anthropol. 36, 261-281 (2007).</li><li>Slice, D. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Modern morphometrics in physical anthropology. 6, (2005).</li><li>Zelditch, M. L., Swiderski, D. L., Sheets, H. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Geometric morphometrics for biologists: a primer. , (2012).</li><li>Bookstein, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Morphometric tools for landmark data: geometry and biology. , (1991).</li><li>Rohlf, F. J., Marcus, L. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+Revolution+in+Morphometrics.">A Revolution in Morphometrics.</a> Trends. Ecol. Evol. 8 (4), 129-132 (1993).</li><li>Zelditch, M. L., Swiderski, D. L., Sheets, H. D., Fink, W. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Geometric morphometrics for biologists: a primer. , (2004).</li><li>Rohlf, F. J., Slice, D. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Extensions+of+the+Procrustes+method+for+the+optimal+superimposition+of+landmarks.">Extensions of the Procrustes method for the optimal superimposition of landmarks.</a> Syst. Zool. 39 (1), 40-59 (1990).</li><li>Gunz, P., Mitteroecker, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Semilandmarks:+a+method+for+quantifying+curves+and+surfaces.">Semilandmarks: a method for quantifying curves and surfaces.</a> Hystrix. 24 (1), 103-109 (2013).</li><li>Gunz, P., Ramsier, M., Kuhrig, M., Hublin, J. J., Spoor, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+mammalian+bony+labyrinth+reconsidered,+introducing+a+comprehensive+geometric+morphometric+approach.">The mammalian bony labyrinth reconsidered, introducing a comprehensive geometric morphometric approach.</a> J. Anat. 220 (6), 529-543 (2012).</li><li>Mitteroecker, P., Gunz, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Advances+in+geometric+morphometrics.">Advances in geometric morphometrics.</a> Evol. Biol. 36 (2), 235-247 (2009).</li><li>Bookstein, F. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Landmark+methods+for+forms+without+landmarks:+morphometrics+of+group+differences+in+outline+shape.">Landmark methods for forms without landmarks: morphometrics of group differences in outline shape.</a> Med. Im. Anal. 1 (3), 225-243 (1997).</li><li>Gunz, P., Mitteroecker, P., Bookstein, F., Slice, D. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Modern morphometrics in physical anthropology. , 73-98 (2005).</li><li>Oxnard, C., O'Higgins, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Biology+Clearly+Needs+Morphometrics.+Does+Morphometrics+Need+Biology?.">Biology Clearly Needs Morphometrics. Does Morphometrics Need Biology?.</a> Biological Theory. 4 (1), 84-97 (2009).</li><li>Schultz, N. G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+genetic+basis+of+baculum+size+and+shape+variation+in+mice.">The genetic basis of baculum size and shape variation in mice.</a> G3. 6 (5), 1141-1151 (2016).</li><li>Schultz, N. G., Lough-Stevens, M., Abreu, E., Orr, T. J., Dean, M. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+baculum+was+gained+and+lost+multiple+times+during+mammalian+evolution.">The baculum was gained and lost multiple times during mammalian evolution.</a> Integr Comp Biol. 56 (4), 644-656 (2016).</li><li>Dines, J. P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Sexual+selection+targets+cetacean+pelvic+bones.">Sexual selection targets cetacean pelvic bones.</a> Evolution. 68 (11), 3296-3306 (2014).</li><li>Adams, D. C., Ot&#225;rola-Castillo, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=geomorph:+an+R+package+for+the+collection+and+analysis+of+geometric+morphometric+shape+data.">geomorph: an R package for the collection and analysis of geometric morphometric shape data.</a> Methods Ecol. Evol. 4 (4), 393-399 (2013).</li></ol>

As etapas críticas do protocolo acima são: 1) dissecar o bacula, 2) coleta as imagens microCT, 3) converter a saída microCT para um arquivo plano de coordenadas XYZ, 4) segmentar a nuvem de pontos de cada espécime, 5) transformar cada amostra para um padronizado sistema de coordenadas, e 6) que define semi-marcos. Estes passos são facilmente modificado para acomodar diferentes objectos. Estes métodos podem provavelmente ser aplicado a qualquer objecto que, pelo menos, não é, essencia...

O campo de morfometria inclui uma diversidade de métodos para quantificar o tamanho e a forma da forma biológica, uma etapa fundamental na investigação científica 1, 2, 3, 4, 5, 6. Tradicionalmente, a análise estatística de tamanho e forma começa pela identificação de pontos de referência em uma estrutura biológica, e depois medir distâncias lineares, ângulos e proporções, que podem ser analisadas num quadro multivariada. -Marco com base geométrica Morfometria é uma abordagem que mantém a posição espacial de pontos, preservando informações geométricas de coleta de dados por meio de análise e visualização 5. Análise Procrustes Generalizada (GPA) pode ser aplicada para remover a variação na localização, dimensão e rotação dos pontos de referência para produzir um alinhamento entre amostras que a Minimizes suas diferenças ao quadrado - o que resta é a forma dissimilaridade 7. Um conceito importante de qualquer análise morfométrica é homologia, ou a ideia de que se pode identificar com segurança marcos representando características biologicamente significativas e discretas que correspondem entre amostras ou estruturas. Por exemplo, crânios humanos têm processos homólogos, forame, suturas, e dutos que podem permitir análises morfométricas. Infelizmente, a identificação de pontos de referência correspondente é difícil em muitas estruturas biológicas, especialmente aqueles com superfícies lisas ou curvas 8, 9, 10. Nós abordar este problema a seguir utilizando geometria computacional. O fluxo geral é para gerar uma análise tridimensional do objecto que pode ser representada como uma nuvem de pontos, e em seguida rodar e que transformar nuvem de pontos de modo a que todos specimens são orientados em um sistema de coordenadas comum. Então nós definimos matematicamente semi-marcos de regiões específicas do objeto. Discretas semi pontos de referência colocadas em tais regiões são biologicamente arbitrário 11. Realização GPA e as análises estatísticas subsequentes podem produzir artefatos indesejáveis 8, 12, porque os marcos colocados arbitrariamente pode não ser biologicamente homóloga. Portanto, permitimos que estas meias-marcos para matematicamente &quot;slides&quot;. Este procedimento minimiza a diferença de potencial entre as estruturas. Como argumentei o algoritmo de correr aqui utilizada é apropriada para quantificar regiões anatômicas semelhantes faltam facilmente identificados marcos 3, 6, 8, 10, 11, 12 correspondente. Esses métodos têm o seu limitations 13, mas deve ser adaptável para objectos de tamanho e forma diferentes. Aqui, nós ilustrar como este método foi aplicado em um estudo recente da baculum rato 14, um osso no pênis que tem sido ganhou e perdeu várias vezes independentes durante a evolução dos mamíferos 15. Discute-se a dissecção e preparação de um osso específico, o báculo (Protocolo 1), a geração de imagens microCT (protocolo 2), ea conversão destas imagens para um formato que permite que toda a geometria computacional jusante (Protocolos 3 e 4). Após estas etapas, cada amostra é representado por ~ 100K xyz coordenadas. Em seguida, a pé através de uma série de transformações que efetivamente alinhar todas as amostras em uma orientação comum (Protocolo 5), em seguida, definir semi-marcos de espécimes alinhados (Protocolo 6). Protocolos 1-4 deve ser semelhante, independentemente do objeto analisado. O protocolo nº 5 e Protocolo 6 são specamente projetado para um báculo, mas é nossa esperança que, detalhando estes passos, os investigadores podem imaginar modificações que seriam relevantes para o seu objeto de interesse. Por exemplo, foram aplicadas modificações destes métodos para estudar ossos pélvicos baleia e costelas 16.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="743">
	<tbody>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:211px;">Dissecting scissors</td>
			<td style="width:287px;">VWR</td>
			<td style="width:79px;">470106-338</td>
			<td style="width:167px;">Most sizes should work</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:211px;">Dissecting Forceps, Fine Tip, Curved</td>
			<td style="width:287px;">VWR</td>
			<td style="width:79px;">82027-406</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:211px;">1.7 mL microcentrifuge tube</td>
			<td style="width:287px;">VWR</td>
			<td style="width:79px;">87003-294</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:211px;">Absolute Ethanol</td>
			<td style="width:287px;">Fisher Scientific</td>
			<td style="width:79px;">CAS 64-17-5</td>
			<td>To be diluted to 70% for dissections</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:211px;">Floral Foam</td>
			<td style="width:287px;">Wholesale Floral</td>
			<td style="width:79px;">6002-48-07</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">uCT50 scanner&#160;</td>
			<td colspan="2">Scanco Medical AG, Bruttisellen, Switzerland</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

dissection, microct scanning and morphometric analyses of the baculum

morfometria modernos fornece métodos poderosos para quantificar o tamanho e forma variação. Um requisito básico é uma lista de coordenadas que definem marcos; no entanto, tais coordenadas devem representar estruturas homólogas em toda espécimes. Enquanto muitos objetos biológicos consistem de marcos facilmente identificadas para satisfazer a hipótese de homologia, muitos não têm tais estruturas. Uma possível solução é matematicamente lugar semi-marcos em um objeto que representam a mesma região morfológica através de espécimes. Aqui, nós ilustrar um gasoduto recentemente desenvolvido para definir matematicamente semi-marcos do rato baculum (osso do pênis). Os nossos métodos deve ser aplicável a uma vasta gama de objectos.

As coordenadas xyz das meias-marcos produzidos no Protocolo 6 pode ser diretamente importado para qualquer morfometria geométrica análise baseada no marco 17. O oleoduto computacional supra foi aplicado para estudar bacula rato 14, bem como pélvica baleia e as costelas 16. Mais detalhes sobre a definição computacional de semi-marcos são apresentados aqui, em uma tentativa de ajudar os pesquisadores a visualizar...

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Dissection, MicroCT Scanning and Morphometric Analyses of the Baculum

Muitas estruturas biológicas falta marcos facilmente definíveis, o que torna difícil a aplicação de métodos morfométricos modernos. Aqui, ilustramos métodos para estudar o báculo rato (um osso do pénis), incluindo dissecção e digitalização microCT, seguido por métodos computacionais para definir semi-chave que são utilizadas para quantificar a forma e tamanho variação.

Dissecação, digitalização MicroCT e morfométricas Análises do Baculum

Modern morphometrics provides powerful methods to quantify size and shape variation. A basic requirement is a list of coordinates that define landmarks; ...

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