Potențialul evolutiv al efectelor dependente de dietă asupra duratei de viață și fecundității într-un multi-parental
Abstract
Introducere
Dieta unui organism are o influență directă asupra aproape tuturor fenotipurilor, determinând cantitatea de substanțe nutritive și energie disponibile pentru a construi structuri și a îndeplini funcții. În plus față de acest efect direct inevitabil, organismele pot modifica și modul în care resursele sunt alocate diferitelor trăsături atunci când se confruntă cu diete diferite. Într-un mediu în care disponibilitatea resurselor variază în funcție de spațiu și/sau timp și alocarea optimă a resurselor se modifică odată cu dieta, ne așteptăm să vedem evoluția unor astfel de strategii de alocare a resurselor din punct de vedere fenotipic plastic.
Metode
Setare experimentala
Proiectare experimentală. Un set de 835 RIL-uri DSPR au fost traversate timp de 5 generații pentru a crea o populație sintetică ieșită din comun. Din această populație, 28 de sire aleși aleatoriu au fost împerecheați fiecare cu 3 baraje (N = 77 real). Descendenții rezultați din fiecare baraj au fost împărțiți la fiecare dintre tratamentele dietetice C, DR și HS cu două fiole replicate în fiecare dietă.
Din fiecare dintre cele 77 de baraje, în majoritatea cazurilor, am înființat două fiole replicate de 24 de descendenți femele și 6 masculi în fiecare dintre cele trei tratamente dietetice (descrise mai jos). Am inclus bărbați pentru a oferi femele oportunități de împerechere pe tot parcursul vieții, dar am ales un număr mai mic de bărbați pentru a reduce hărțuirea femeilor din flacoane. Așa cum era de așteptat, chiar și perechile de bărbați și bărbați de succes nu au produs întotdeauna suficienți descendenți pentru un complement complet. Astfel, unele flacoane conțineau mai puțin de 24 de femele, deși niciodată sub 15 femele, iar setul de date nu este pe deplin echilibrat, toate familiile sire având toate cele trei baraje, împărțite în toate cele trei diete și cu două replici pe dietă. Totalurile realizate ale familiilor de jumătate de frate sire și ale familiilor de frați plini de baraj disponibile pentru analiză în fiecare dietă sunt prezentate în Tabelul S2.
Tratamente dietetice. Descendenții fiecărui tată au fost împărțiți în trei diete experimentale: control (C), restricție dietetică (DR) și zahăr ridicat (HS). Aceste diete au fost, de asemenea, utilizate în studiul nostru anterior de cartografiere utilizând DSPR RIL de Stanley și colab. (2017) și compoziția fiecăruia este detaliată în Tabelul S1. Am folosit marca de drojdie SAFPro Relax + YF 73050 care conține de obicei 45-60g de proteine și 30-38g de carbohidrați la 100g de drojdie inactivată (Lesaffre Yeast Corp., Milwaukee, SUA). Pentru a păstra calitatea, dietele au fost păstrate la 4 ° C și utilizate în termen de două săptămâni de la preparare. Pentru a permite măsurarea fenotipului și pentru a se asigura că alimentele nu se degradează, indivizii au fost mutați în flacoane cu alimente proaspete de trei ori pe săptămână. Toate muștele din toate experimentele descrise aici au fost crescute într-o cameră de creștere la 23 ° C, ≥ 50% umiditate relativă și un ciclu 24: 0 lumină: întuneric, care sunt condițiile tipice de întreținere pentru muștele DSPR.
Măsurarea fenotipului
analize statistice
Toate analizele statistice următoare au fost efectuate în R (ver. 3.5; R Core Team 2018), iar toate codurile sunt disponibile online (https://github.com/EGKingLab/h2lifespan).
Estimări de supraviețuire
Am transformat numărul zilnic de persoane decedate și cenzurate în evenimente individuale la o anumită vârstă pentru a efectua analize de supraviețuire. Folosind supraviețuirea pachetului R (ver. 2.38; (Therneau și Grambsch, 2000; Therneau, 2015), am folosit estimatorul Kaplan-Meier (Kaplan și Meier, 1958) pentru a estima supraviețuirea în fiecare dietă: unde timpul este timpul), starea este viu/mort, dieta este tratamentul dietei (C, DR, HS) pentru a vizualiza curbele de supraviețuire în fiecare dietă.
Compararea modelelor de durată de viață, fecunditate timpurie și fecunditate totală între tratamentele dietetice. Modelele 1 și 2 nu includ niciun aspect al pedigree-ului, iar modelele 3-6 folosesc un model ierarhic. Termenii dintre paranteze sunt efecte aleatorii. Toate efectele aleatorii au fost termeni de „interceptare”, permițând interceptări separate pentru fiecare nivel de identificare a sire, ID-ul de baraj cuibărit în ID-ul sire sau ID-ul de sire cuibărit în tratamentul dietei.
Estimări de fertilitate
Am folosit o metodă ridicată pentru a extrage numărul de ouă din imagini prin construirea unui model predictiv optim. Pentru a realiza acest lucru, am profitat de relația simplă dintre numărul de ouă prezente și cantitatea de suprafață albă pe o imagine prag de disc și am folosit un set de imagini numărate manual pentru a optimiza modelul. Am reușit să determinăm numărul optim de imagini numărate manual, să selectăm o valoare prag adecvată și să evaluăm modelul de performanță într-o serie de parametri. Această metodă are o performanță foarte bună, cu o corelație de 0,88 între numărul de ouă prevăzut de model și numărul de ouă numărate manual. O prezentare detaliată a metodei noastre este prezentată în altă parte (Ng’oma et al 2018).
Ne-am concentrat pe două măsurători de fecunditate din măsurătorile noastre săptămânale de fecunditate. Am calculat numărul de ouă pe femelă pentru fiecare dintre măsurile noastre săptămânale împărțind la numărul de femele în viață în fiecare fiolă. Am obținut apoi o estimare a fecundității totale per femeie prin simpla însumare între săptămâni (denumită în continuare fecunditate totală). Observăm că aceasta nu este strict o măsură a fecundității pe viață, deoarece am măsurat fecunditatea doar o dată pe săptămână, deși ne-am aștepta ca această estimare să fie foarte corelată cu fecunditatea pe viață. În al doilea rând, am considerat un instantaneu al fecundității timpurii în viață, alegând punctul de timp cel mai apropiat de 5 zile după ecluziune (denumit în continuare fecunditate timpurie). Vârsta reală a femelelor variază ușor, deoarece flacoanele au fost instalate pe parcursul mai multor zile, dar măsurătorile noastre de fecunditate au avut loc întotdeauna într-o perioadă de 24 de ore începând de luni.
Am testat efectele sire, baraj imbricat în sire și tratament folosind un set de șase modele liniare ierarhice imbricate (mixte) (Gelman și Hill, 2007), care au testat diferit efectele tratamentului dietei, sire și baraj, identice cu modelele utilizate pentru a testa estimările supraviețuirii, dar fără efectul flaconului dat, măsurătorile noastre pentru fecunditate sunt medii pe flacon (Tabelul 1). Eșantionarea a fost făcută pe valori centrate zero pentru viața timpurie și fecunditatea totală utilizând hamiltonianul Monte Carlo folosind limbajul de modelare statistică stan (Carpenter și colab., 2017), prin interfața rstanarm (ver. 2.13.1; Stan Development Team, 2016 Am folosit priori ușor de regularizare: Normal (0, 10) pentru interceptări, Normal (0, 10) pentru parametrii tratamentului dietei, și Cauchy (0, 1) pentru varianțe Priorii pentru matricile de covarianță au fost setați la 1 pentru regularizare, concentrare, formă și scară (de exemplu, decov (1, 1, 1, 1)). Modelele au fost eșantionate pentru 20.000 de iterații, cu 10.000 aruncate pentru burnin. Eșantionarea adecvată a fost evaluată de, iar modelele au fost comparate folosind loo-ul exclusiv) validarea încrucișată și ponderile modelului loo așa cum este descris mai sus.
Heritabilitatea în dietele unice
Rezultate
Răspuns fenotipic la tratament dietetic Durata de viață
Am folosit un design familial divizat, împărțind descendenții din familii în trei diete diferite. Comparativ cu dieta de control, supraviețuirea mediană a fost cu 24% mai mică la zahărul ridicat (HS: 48 zile vs. C: 63 zile) și cu 8% mai mare la dieta DR (68 zile) (Fig. 2b). Traiectoriile duratei de viață au început să divergă devreme, de la aproximativ 25 de zile după ovipoziție și au rămas divergente până la supraviețuirea sub 10% (Fig. 2b, Tabelul S3). Răspunsurile individuale ale familiei sire la dietă sunt prezentate în Fig. S1.