作者:Jessica Purcell & Jonathan N. Pruitt 来源:BMC Genomics 发布时间:2020/1/15 10:52:08
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蜘蛛也有自己的个性?行为研究和基因组学来揭晓 | BMC Genomics

论文标题:Are personalities genetically determined? Inferences from subsocial spiders

期刊:BMC Genomics

作者:Jessica Purcell & Jonathan N. Pruitt

发表时间:2019/11/22

DOI:10.1186/s12864-019-6172-5

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与其他物种相似,蜘蛛也会表现出可以被描述为“个性”的个体行为。在这篇发表于BMC Genomics 的文章中,作者阐明了基因对这一现象的影响。

养宠物的人会意识到动物在行为上有很大的个体差异。例如,一些狗在参观一个新地方时很好奇,很独立,而另一些狗则很胆小,会观察主人的反应。研究动物行为的研究人员现在认识到,同种动物个体之间的这种差异(有时被称为“动物性格”)是普遍存在的,并影响着个体与环境的相互作用。

读者们可能会惊讶地发现,尽管蜘蛛个头很小,但它们一直是动物性格变化研究的重点。一些种类的蜘蛛表现出一系列协调的行为特征,这些特征在不同个体之间有所不同,但一定时间内在某个特定个体中却非常一致。这些行为通常介于“大胆”和“羞怯”之间。大胆的个体能从假装的攻击中快速恢复,并且在攻击一个被蛛丝缠绕的新猎物时具有较短的延迟期,而羞怯的个体在攻击猎物前往往会花更多的时间来装死。

在过去的十年里,这些个性特征已经在不同的生态和社会环境中被研究过。虽然之前的多代研究提供了一些证据,表明一些性格特征可能会从亲本那里遗传给后代,但我们对这些复杂行为特征的遗传基础缺乏了解。即使在蜘蛛之外,对行为特征的遗传学研究也落后于对身体特征的研究,比如体色。这有几个原因,首先,测量行为是具有挑战性的,因为它必须用活的有机体来完成。其次,研究人员认为,行为是由基因和个体之前的经历共同决定的,因此,基因变异和行为特征之间不太可能存在完美的联系。最后,考虑到许多行为特征的复杂性,我们预计它们会受到多个基因的影响,而发现这种模式的能力却是有限的。

在一定时间内,蜘蛛个体会表现出一致的行为

然而,寻找与感兴趣的特征相关的遗传标记很重要,它使我们能够调查行为的起源和潜在原因。遗传标记也成为未来研究的一个有价值的工具。BMC Genomics 上的一项新研究试图通过识别与栉足蛛(Anelosimus studiosus)的性格特征相关的遗传标记来填补这一知识空白。

今天,基因组学的进步促进了对生物体中遗传关联的研究,而这在以前的遗传研究中并不是重点。为了使用这些新兴的工具,Jonathan Pruitt和我对田纳西州东部河流和湖泊的蜘蛛进行了采样。我们使用了标准的行为测试(惊吓测试)来确定每个蜘蛛个体在受到干扰后的恢复时间(在这种情况下,间断的空气气流作用于蜘蛛的身体)。在测试后动作很快的蜘蛛被认为是大胆的,而那些几分钟内持续装死的个体被认为是羞怯的。由于该物种在环境中生活于多雌群居群体或单独的巢穴中,我们还记录了每个个体来源群体的社会结构。

Pruitt和他的同事先前证明了社会群体是由大胆和羞怯的个体组成的,所以这两个变量(社会性和大胆)被分开考虑。在对这些行为特征进行评分后,我们使用双重消化限制性酶切位点关联的DNA测序(ddRADseq)对200多只蜘蛛的基因组中约0.1%的部分进行了测序。同时,我们对一个蜘蛛个体的全基因组进行测序和组装。尽管由于蜘蛛基因组具有挑战性(基因组较大且具有大量的重复序列),基因组组装后仍然高度碎片化,但这个基因组帮助我们确定了ddRADseq标记的相对位置。

最终,我们确定了一组与蜘蛛胆大的个性相关的7个遗传标记。在每个标记处,携带有两个该片段的拷贝(= 纯合子)往往更大胆,而携带另一种序列的纯合子个体往往更胆小。杂合的个体(即每个序列都只有一个拷贝的个体)往往表现出居中的恢复时间。这些标记相互关联,基因组的这个区域解释了胆大这一特性中11%的变异。

基因标记相互联系,形成每只动物的“个性”

这表明,这一基因组区域对蜘蛛性格有显著影响,但也表明这不是基因组中唯一影响性格的部分。我们还不知道这些标记是否在一个基因内,或者这个基因组区域是否影响基因调控。我们没有发现任何与每个个体的社会结构相关的标记。就社会结构和个性而言,我们的基因组扫描很可能漏掉了有趣的变异,因为只研究了每个蜘蛛个体基因组的一部分。

尽管如此,蜘蛛性格特征遗传基础的发现开辟了多个新的研究方向。研究新发现的基因组区域附近的基因及其功能,将开始揭示它们如何影响行为。在生物个体的层面上,我们可以衡量每个基因变异如何影响个体和群体的成功。在种群水平上,我们可以研究维持这种遗传变异的机制。

总而言之,这项研究迈出了激动人心的第一步,将当代动物行为和遗传学研究融合到这个广泛存在的有趣物种中。更广泛地说,由于这种现象在动物中非常普遍,这一发现有助于我们在更大范围的生物群体中理解动物的个性。

摘要:

Background

Recent research has revealed that polymorphic behavioral strategies shape intra-and interspecific interactions and contribute to fitness in many animal species. A better understanding of the proximate mechanisms underlying these behavioral syndromes will enhance our grasp this phenomenon. Spiders in the genus Anelosimus exhibit inter-individual behavioral variation on several axes: individuals have consistent responses to stimuli (e.g. bold vs. shy individuals) and they are subsocial (exhibiting extended maternal care and sibling cooperation) across most of their range, but they sometimes form permanent social groups in northern temperate regions. Here, we seek genetic variants associated with boldness and with social structure in a socially polymorphic population of the spider Anelosimus studiosus. We also develop preliminary genomic resources, including a genome assembly and linkage map, that support this and future genomic research on this group.

Results

Remarkably, we identify a small genomic scaffold (~ 1200 bp) that harbors seven single nucleotide polymorphisms (SNPs) associated with boldness. Moreover, heterozygotes are less common than expected based on Hardy-Weinberg equilibrium, suggesting that either assortative mating or selection against heterozygotes may be occurring in this system. We find no loci significantly associated with social organization. Our draft genome assembly allows us to localize SNPs of interest in this study and to carry out genetic comparisons with other published genomes, although it remains highly fragmented.

Conclusions

By identifying a locus associated with a well-studied animal personality trait, this study opens up avenues for future research to link behavioral studies of animal personality with genotype and fitness.

(来源:科学网)

 
 
 
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