父亲人格和社会地位对斑马鱼后代活动的影响

摘要：非遗传信息从父亲传给后代的证据正在迅速积累。虽然化学和物理因素，如毒素或饮食对父母及其后代的健康的影响已被广泛研究，但行为和社会环境的重要性最近才得到承认。行为特征，如个性特征相对稳定，部分包含遗传成分，但我们对父母非遗传性行为特征的传播知之甚少。我们调查了人格和社会支配在斑马鱼的可塑性范围内对子代行为的指标的相对影响。我们评估了男性的勇敢，这种行为特征以前被证明拥有遗传基础，并且通过实验操纵男性的社会地位来评估这两种行为之间的关联以及它们与后代活动的相关性。

结果：我们发现，基于遗传差异的相对稳定和公认的遗传效应和父亲的社会地位变化对后代活动的实验诱发后生效应之间存在明显的相互作用。

结论：我们的研究表明，后代的行为是由父亲的人格特质和父亲的社会地位产生的遗传效应共同决定的。

关键词：行为综合征  勇敢    优势  精液品质  遗传效应

背景：长期以来，女性所经历的环境条件影响后代的健康。最近男性类似的经历影响已被关注。虽然环境因素，如压力和营养对父母和子女的状况的影响得到了广泛关注，但我们只是开始了解社会和行为模式和条件是如何从父母传给后代的。最近一项研究最新结果表明，少年雄性鼠的嗅觉调节导致对F1和F2代相同气味的行为敏感性增强。这一惊人的结果表明，即使是时间有限的事件，也可能对下一代的行为模式产生深远的影响。为了充分理解行为特征是如何遗传的，因此有必要同时评估可能具有遗传基础和非遗传（或后生）效应的行为模式的相对重要性。本研究的目的是评估一个相对稳定的已被证明是遗传行为特征，在由不同社会地位的雄性生育后代之前受影响，如何反过来影响后代这些性状的行为和性能。从父母到后代的行为模式的非遗传性传递，更具体地说，父母对刺激所产生的行为反应如何影响后代的行为正受到越来越多的关注。小鼠的一项研究表明，暴露在攻击性的遭遇中导致男性长期的失败压力导致他们的后代表现出抑郁和焦虑的症状。同样，缺乏早期处理的经验影响了小鼠的社会行为并导致其以后两代减少参与共同养育子代行为。更微妙的因素，如男性在早期发育和交配前所经历的社会环境已被发现影响下一代的广泛特征。只有在交配前将它们保存在同性群体中，男性果蝇饲养在混合性别和营养丰富的环境，首创的后代比营养不良的饮食引起的父亲的后代更大更灵活。斑马鱼交配前两周雄性男性竞争的差异影响孵化速度，导致后代的差异生存。个性特征是个体在活动、社交或勇敢方面的个体差异被认为在不同的环境和时间内时相对稳定的。性格特征如大山雀的探索性行为、雨燕的躲避掠食者行为、斑马鱼的好斗性和勇气在某种程度上是遗传的。然而，人格特质似乎保留了高度的依赖于情境的可塑性。社会背景和团体组成可能在决定个人行为方面起主要作用。 被归类为害羞的鲈鱼只用当其随机分组到其他害羞的鲈鱼中才能更容易表现出勇敢行为 ，突出的社会语境的重要性。人格随着社会等级的变化而改变，说明社会等级与行为之间的潜在联系。发现斑马鱼先天人格特征预测未来优势地位。重要的是，无论是个性还是社会地位都被发现与包括斑马鱼在内的一系列物种的生殖适应性有关。尽管在某些情况下，性格可能表明社会地位（反之亦然），但当人格特征被认为是稳定的时，状态很容易被操纵，这表明两者之间的相互作用远比目前设想的复杂。此外，尽管在一代人的影响和表观遗传的兴趣与日俱增，对父亲的行为塑造后代的行为的复杂疾病研究领域外，人类心理生物学研究的作用却知之甚少。在后者，环境因素和遗传因素之间的相互作用会影响反社会行为的发展和发展应激性疾病的风险。我们的目的是评估人格特质的相对重要性，认为人格特征具有很强的遗传基础和潜在的表观遗传，通过操纵父亲的社会地位来诱导斑马鱼后代活动水平的形成。在寻找食物来源时，后代活动水平可能会影响后代的适应能力可能是探索性行为的标志，更有的探索个体更可能利用新的食物斑块。我们反复评估男性的探索行为（勇气），然后强迫他们改变自己的社会地位。实验处理后，我们采用分离式交叉设计进行了体外饲喂，监测早期生命中所产生后代的活动水平。我们发现稳定的父亲人格特征以及实验诱导的父系社会地位对后代活动的影响，这似乎表明，遗传因素和后生效应都参与了后代行为的形成。

方法：饲养设施的特点是12小时：12小时黑暗：光照循环，恒温28°C。研究中使用的斑马鱼是4 - 7个月大的成年鱼。所有的鱼都是自由采食，每天两次，早上用干燥的片状食品和下午活卤虫幼虫。实验鱼类之间的确切关联是未知的，但由于库存量大，近亲繁殖被认为是低的，仔细的育种设计、随机配对和使用分离式卵子设计。

雄性的行为：为了探索雄性与社会地位改变的个性之间的关系和一致性，我们在两系列行为分析中反复测试了实验雄性。在进行社会地位测试之前，已经完成了一系列的人格分析，我们选择了四种不同的方法（一个5分钟的潜水试验，和开放的领域，新的物体和遮蔽试验持续10分钟）它测量了斑马鱼对新奇、探索行为和胆怯的反应，这些都表明了个性。预计动物会在一个大胆的害羞轴上显示个体的个性变化。雄性按随机顺序分配给这些试验，没有鱼每天进行一次以上的试验。为了研究随着时间的推移行为的一致性以及它的上下文依赖性，四个实验最初是在N = 48个男性上进行的。因此，只有N = 36雄性产生两次后代，在1或2轮中没有产生任何后代的雄性被排除在外。

社会地位的试验：所有实验雄性暴露在两个连续的实验中，我们操纵雄性的社会地位。在实验开始前几周，男性使用独特的颜色标签，使用VIE标记（可见的植入弹性体标签）。在第一循环（循环1），双尺寸匹配的雄性（体长不超过1毫米，即两对之间的差异小于5%。）放入一个三升罐七天，为了形成一个社会等级。每个容器都含有空间异质性的塑料植物，并为从属个体提供隐藏空间。斑马鱼在小群体中形成等级，鱼每天观察三次，连续七天，并获得优势（追赶，咬，觅食）和从属（徘徊在角落，在底部或近表面，隐藏，逃离）的迹象，在每次雄性实验中每对雄性持续10分钟。通常在24小时内，最晚在48小时内，稳定的优势鱼类和从属鱼类之间的关系已经形成。七天后，精子样本在每个罐的男性进行精子测量和体外孵育。在第二轮（2轮），雄性重组和重新分配到与其平等的社会地位同组。为了做到这一点，我们结合大小匹配优势雄性，从属雄性同从属雄性。将其再放入三升罐中饲喂7天，收集精子样本测量并体外孵育。

体外受精和收集配子：根据zajitschek等人描述的程序收集和处理精子和卵子的样品。总的来说，我们从65名雌性中获得了N = 132个卵子（第一轮从35名雌性中获得73个卵子，第二轮从31个雌性中获得59个卵子）。每一轮，一个雄性精子同两个不同雌性卵子结合。每个雌性的卵子，同两个不同雄性精子结合。然而，分裂取决于每个女性获得的卵子总数（n=18,卵子没有分开，n=150,卵被分为8部分）。总体来说，132个卵子中94个被成功受精，并产生可行的后代，共产生1399个后代。

后代的活性测定：对受精一小时的受精卵进行检查，并分配12个后代每男女配对细胞在6孔培养板。多多余的后代进行人道的安乐死。培养皿中的位置被单独标记。由于斑马鱼幼虫最初生活在它们的大蛋黄中，只在大约PF（受精后）九天进入自由游动和觅食阶段，我们选择了PF七和十天的幼虫作为我们预测的两个时间点来检测活动模式的变化。在室温28°C下进行了实验。我们使用半自动跟踪软件记录每个鱼在培养皿中的X、Y位置。任何软件错误手动校正。从这些轨迹中，我们计算出每条鱼在每次试验中的平均速度（以毫米为单位）作为衡量它们活动的指标。我们认为，活动是一个相关的特性，因为它可能反映了探索行为。因此在孵化之后合适的觅食能力可能预示着未来的勇敢行为。由于一些视频中的照明条件发生了微小的变化，破坏了跟踪过程，因此视频之间的追踪长度不同。

结果：雄性的行为特征：行为特征被认为是高度可重复的。我们没有发现任何证据表明男性的社会地位（MSS）与男性行为有关，无论是否对原始行为反应或个人电脑进行测试。不论是否进行一轮显性试验或个性分析。在我们的模型中，我们将行为和MSS作为独立变量来检验人格对下一代精子特征和活动模式的影响。

精子的特征：MSS或行为解释射精量，密度或运动（非运动精子百分比）在任何时间点的变化。然而，精子寿命（激活后的向前运动秒数）受到行为的影响。在第1轮和第2轮完成后，精子速度受到MSS的强烈影响。第1轮后，优势雄性精子的初级精子速度比从属男性慢，但随着时间的推移，它们的下降速度低于从属个体。第1轮优势第二轮劣势的雄性产生显著慢游动的精子。

后代特征：社会地位、行为特征及其相互作用与第一和第二轮后后代活动密切相关。说明父亲人格的影响（假定是相对稳定的）以及实验操作的父系社会地位（对后代的活动模式影响。在完成第2轮之后，行为和社会地位及其相互作用的影响更为显著，即使一些个体经历了显性地位转变之后。在第1轮以后，我们发现，在优势雄性后代活动是一致的，但从第7天到第10天，从属后代的活动都有所下降。第2轮后，优势从属、从属优势和从属从属子代的子代活动模式相似，而优势地位的后代的活动模式发生了较大变化。

结论：总的来说，我们的研究结果强调行为模式的代际传递是高度复杂的。人为改变的社会地位和稳定的父亲人格行为对精子的表现和后代的活动都有显著的影响。我们的研究结果强调，我们必须把重点放在行为的遗传和表观成分上，以便充分了解行为特征的遗传力。