prof. RNDr. Renata Veselská, Ph.D., M.Sc.
ÚÚstav experimentální biologie PřF MU
GENETIKA CHOVÁNÍ 1.
Metody studia
Vý k íř t hVýzkum na zvířatech
Bi6170 Genetika II
17.9.201417.9.2014
Obsah přednáškyObsah přednášky
 Metodické přístupy ke studiu chováníMetodické přístupy ke studiu chováníp pyp py
 DrozofilaDrozofila - geotaxe
 VčelaVčela - hygienické chování
 MyšMyš - konzumace alkoholu, péče o mláďataMyšMyš konzumace alkoholu, péče o mláďata
 KrysaKrysa - učenlivost
 PesPes reakce na výcvik PesPes - reakce na výcvik
Bi6170 Genetika II / 17.9.2014
METODICKÉ PŘÍSTUPYMETODICKÉ PŘÍSTUPYMETODICKÉ PŘÍSTUPYMETODICKÉ PŘÍSTUPY
KE STUDIU CHOVÁNÍKE STUDIU CHOVÁNÍ
Bi6170 Genetika II / 17.9.2014
FrancisFrancis GaltonGalton (1869):(1869):
 Hereditary Genius:y
An Inquiry into Its Law
and Consequencesand Consequences
Bi6170 Genetika II / 17.9.2014
Biologická determinace chování?Biologická determinace chování?
dědič t tř dídědič t tř dídědičnost vs. prostředídědičnost vs. prostředí
NATURE NURTURE
determinismusdeterminismus behaviorismusbehaviorismus
Bi6170 Genetika II / 17.9.2014
Metodologie studia genetiky chováníMetodologie studia genetiky chování
(živočišné modely)(živočišné modely)
t di l kt ý h b i b d í h k ů
(živočišné modely)(živočišné modely)
 studium vyselektovaných nebo inbredních kmenů
 úspěšnost selekce v populacip p p
 studium jednotlivých genů (mutace, "knock-out")
á ě é ří molekulárně-genetické přístupy
Bi6170 Genetika II / 17.9.2014
Bi l i ké d lBi l i ké d lBiologické modelyBiologické modely
pro studium genetiky chovánípro studium genetiky chování
 bezobratlí:bezobratlí:
hmyz – drozofila, včela, mravenec
ob atlo ciob atlo ci obratlovci:obratlovci:
hlodavci – myš, krysa, potkan, morče
pes
primáti – pavián, šimpanz, gorilaprimáti pavián, šimpanz, gorila
Bi6170 Genetika II / 17.9.2014
Metodologie studia genetiky lidského chováníMetodologie studia genetiky lidského chování
 Analýza mutací u jedinců s neobvyklým chováním
g g yg g y
 Analýza mutací u jedinců s neobvyklým chováním
 Studium dvojčat
 Familiární výskyt určitého typu chování
 Asociační studie (molekulární markery) Asociační studie (molekulární markery)
Bi6170 Genetika II / 17.9.2014
DROZOFILADROZOFILADROZOFILADROZOFILA
(( DrosophilaDrosophila melanogastermelanogaster ))
Bi6170 Genetika II / 17.9.2014
St diSt di tt d fild filStudiumStudium geotaxegeotaxe u drozofilyu drozofily
Bi6170 Genetika II / 17.9.2014
Výsledky selekce na pozitivní a negativní geotaxiVýsledky selekce na pozitivní a negativní geotaxi
v průběhu 65 generací:
Bi6170 Genetika II / 17.9.2014
ůSchéma křížení pro lokalizaci genů zodpovědných za geotaxi:
Bi6170 Genetika II / 17.9.2014
Negativní geotaxe:Negativní geotaxe:
 JohnstonůvJohnstonův orgánorgán
(primární mechanosenzorický orgán pro detekci(primární mechanosenzorický orgán pro detekci
gravitace)
Bi6170 Genetika II / 17.9.2014
Sun Y Liu L Ben Shahar Y et al :Sun Y, Liu L, Ben-Shahar Y, et al.:
 TRPA channels distinguish gravity sensing
from hearing in Johnston’s organfrom hearing in Johnston s organ
 PNAS 106, 13606-13611, 2009
Bi6170 Genetika II / 17.9.2014
Geny pro proteinyGeny pro proteiny transmembránovýchtransmembránových kanálůkanálů
TRP (TRP (TransientTransient ReceptorReceptor PotentialPotential))
 gen TRPN - no mechanoreceptor potential C (NompC)
TRP (TRP (TransientTransient ReceptorReceptor PotentialPotential))
gen TRPN no mechanoreceptor potential C (NompC)
 geny TRPV - nanchung (nan), inactive (iav)
 geny TRPA - painless (pain) pyrexia (pyx) geny TRPA - painless (pain), pyrexia (pyx)
 mutace pain a pyx → porucha negativní geotaxe
 mutace nompC → porucha sluchu
 mutace nan a iav → porucha obou funkcí současně
Bi6170 Genetika II / 17.9.2014
VČELA MEDONOSNÁVČELA MEDONOSNÁ
(( ApisApis melliferamellifera ))(( ApisApis melliferamellifera ))
Bi6170 Genetika II / 17.9.2014
Walter C.Walter C. RothenbuhlerRothenbuhler (1964):(1964):
Hygienické chování včel:Hygienické chování včel:
 odstranění larev nakažených Bacillus larvae
 2 kroky: odvíčkováníodvíčkování ((uncappinguncapping))
odstranění larvy (odstranění larvy (removingremoving))odstranění larvy (odstranění larvy (removingremoving))
 inbrední kmeny
 komerčně důležité komerčně důležité
Bi6170 Genetika II / 17.9.2014
Experiment:
místění 100 umístění 100
nakažených larev
do buněk v
plástvi (kolonie)
 odstranění všech
l d 48 hlarev do 48 h →
hygienickéhygienické
chováníchování
Bi6170 Genetika II / 17.9.2014
c o ác o á
Rothenbuhler WC:Rothenbuhler WC:
 Behavior genetics of nest cleaning in honey bees.
IV Responses of F and backcross generations toIV. Responses of F1 and backcross generations to
disease-killed brood.
A Z l 12 578 583 1964 Am Zool 12, 578-583, 1964
Hypotéza:Hypotéza:
 hygienické chování je determinováno dvěma hygienické chování je determinováno dvěma
geny, které nejsou vázané:
uu ((uncappinguncapping)) rr ((removingremoving))uu ((uncappinguncapping),), rr ((removingremoving))
Bi6170 Genetika II / 17.9.2014
Bi6170 Genetika II / 17.9.2014
M it RFAMoritz RFA:
 A reevaluation of the two-locus model for hygienic
b h h b ( ll f )behavior in honeybees (Apis mellifera L.).
J Hered 79, 257-262, 1988
 hypotéza: 3hypotéza: 3 lokusylokusy
Lapidge KL, Oldroyd BP, Spivak M:
 Seven suggestive quantitative trait loci influencegg q
hygienic bahavior of honey bees.
Naturwissenschaften 89, 565-568, 2002Naturwissenschaften 89, 565 568, 2002
 hypotéza: kvantitativní typ dědičnostihypotéza: kvantitativní typ dědičnosti
Bi6170 Genetika II / 17.9.2014
Š Á ÍŠ Á ÍMYŠ DOMÁCÍMYŠ DOMÁCÍ
(( MusMus musculusmusculus ))(( ))
Bi6170 Genetika II / 17.9.2014
 G E McClearn D A Rogers (1959 1962): G.E. McClearn, D.A. Rogers (1959 - 1962):
Differences in alcohol preference among inbred
strains of micestrains of mice.
4 inbrední kmeny myší4 inbrední kmeny myší
 volný přístup k vodě obsahující 10% EtOH a k čišté
vodě zároveň po dobu 3 týdnů ad libitumvodě zároveň po dobu 3 týdnů ad libitum
 "alcohol-prefering" a "alcohol-avoiding" kmeny
il á ti ká d t i (2 l k k jí í silná genetická determinace (2 lokusy vykazující
mendelovskou dědičnost ?)
QTL tit ti t it l i QTLs = quantitative traits loci
(aditivní efekt nebo interakce)
Bi6170 Genetika II / 17.9.2014
S h é ý l dk i tů 4 i b d í h k hSouhrnné výsledky experimentů na 4 inbredních kmenech:
Bi6170 Genetika II / 17.9.2014
Myš jako biologický model pro studiumMyš jako biologický model pro studium
genetických predispozic k alkoholismugenetických predispozic k alkoholismu
PorovnáníPorovnání inbredníchinbredních kmenů:kmenů:
C57BL/6 (B6 i ) j h d ější C57BL/6 (B6 mice) – nejvhodnější:
extrémní preference alkoholu (0,75)*
 129/ReJ, C3H/HeSnJ, A/J (nejvíce inbrední kmeny):
střední preference alkoholu (0,15 – 0,25)*p ( , , )
 DBA/2J:
nejmenší preference alkoholu (<0 07)*nejmenší preference alkoholu (<0,07)*
*) Podíl příjmu 10% EtOH na celkovém příjmu tekutin
Bi6170 Genetika II / 17.9.2014
) od p j u 0% tO a ce o é p j u te ut
Identifikace QTLs ve vztahu k preferencím alkoholu:Identifikace QTLs ve vztahu k preferencím alkoholu:
Bi6170 Genetika II / 17.9.2014
Bi6170 Genetika II / 17.9.2014
Bi6170 Genetika II / 17.9.2014
Brown JR Ye H Bronson RT Dikkes P Greenberg ME:Brown JR, Ye H, Bronson RT, Dikkes P, Greenberg ME:
 A Defect in Nurturing in Mice Lacking the Immediate
Early Gene fosBEarly Gene fosB
Cell 86, 297-309, 1996
 exprese transkripčních faktorů FosFos familyfamily je
indukovatelná vnějšími stimuly v různých částechj y ý
mozku (adaptivní neuronální odpověď):
stimulace světlem vede ke změně cirkadiánníchst u ace s ět e ede e ě ě c ad á c
rytmů (indukovaná exprese genů Fos family v určité
části hypotalamu)yp )
 opačný efekt:opačný efekt:
Může změna exprese proteinů Fos ovlivnit chování?
Bi6170 Genetika II / 17.9.2014
Může změna exprese proteinů Fos ovlivnit chování?
Normální péče o mláďata
(wild-type)
Odmítání péče o mláďata
(FosB mutant)
Bi6170 Genetika II / 17.9.2014
129Sv x BALB/c
129Sv inbrední129Sv inbrední
Bi6170 Genetika II / 17.9.2014
A) Samice po prvním poroduA) Samice po prvním porodu
 pozorování 20 min
 N = 8 / 11 (▫/・) N = 8 / 11 ( / )
B) Samice po prvním porodu
šechna mláďata odejm ta všechna mláďata odejmuta
na dobu 1h
 poté 3 mláďata vrácena, poté 3 mláďata vrácena,
každé do jiného rohu
 N = 6 / 10 (▫/・)
Bi6170 Genetika II / 17.9.2014
A) Samice nullipary
 2 dny po sobě expozice 3
mláďatům na dobu 30 minmláďatům na dobu 30 min
 hodnocení 2.den
 N = 14 / 14 (▫/・) N = 14 / 14 (▫/ )
B) Samci
 4 dny po sobě expozice 34 dny po sobě expozice 3
mláďatům na dobu 20 min
 hodnocení 4.den
 N = 10 / 14 (▫/・)
Bi6170 Genetika II / 17.9.2014
Bi6170 Genetika II / 17.9.2014
KRYSAKRYSA
(( RattusRattus rattrattusus ))(( ))
Bi6170 Genetika II / 17.9.2014
Bi6170 Genetika II / 17.9.2014
Selekce 2 kmenů:
 TMBTMB
(Tryon Maze Bright)
 TMDTMD
(Tryon Maze Dull)
Bi6170 Genetika II / 17.9.2014
Bi6170 Genetika II / 17.9.2014
Nejchytřejší myš…Nejchytřejší myš… 
Bi6170 Genetika II / 17.9.2014
PESPES
(( CanisCanis familiarisfamiliaris ))(( CanisCanis familiarisfamiliaris ))
Bi6170 Genetika II / 17.9.2014
J k L b tJ k L b tJackson LaboratoryJackson Laboratory
 www.jax.orgwww.jax.org
 Scott and Fuller (1974):
Dog Behavior. The Genetic Basis.g
2
4
1 51
3
5
Bi6170 Genetika II / 17.9.2014
V b á lV b á l
11 BeagleBeagle ((BeagleBeagle))
Vybraná plemenaVybraná plemena
1.1. BeagleBeagle ((BeagleBeagle))
FCI VI. – Honiči a barváři
22 Basenji (Basenji)Basenji (Basenji)2.2. Basenji (Basenji)Basenji (Basenji)
FCI V. – Špicové a tzv. primitivní plemena
A li ký k k š ěl (A li ký k k š ěl (E li hE li h C kC k S i lS i l))3.3. Anglický kokršpaněl (Anglický kokršpaněl (EnglishEnglish CockerCocker SpanielSpaniel))
FCI VIII. – Slídiči, retrieveři a vodní psi
ýý4.4. FoxterierFoxterier hrubosrstý (Foxhrubosrstý (Fox TerrierTerrier WireWire))
FCI III. – Teriéři
5.5. SheltieSheltie (Shetland(Shetland SheepdogSheepdog))
FCI I. – plemena ovčácká, pastevecká a honácká
Bi6170 Genetika II / 17.9.2014
1) Násilná metoda tréninku:1) Násilná metoda tréninku:1) Násilná metoda tréninku:1) Násilná metoda tréninku:
 poslušnost povelů (zůstat potichu, jít u nohy na
vodítku zůstat a vyskočit na povel)vodítku, zůstat a vyskočit na povel)
 10 dní tréninku
 nejlepší výsledky:nejlepší výsledky: kokršpaněl
 specifické typy chyb / chování:specifické typy chyb / chování:
basenji - vzpírání se vodítku, tahání za vodítko,j p , ,
zaostávání
sheltie - překážení cvičiteli (zamotávání nohoup (
do vodítka)
beagle - vyjadřování odporu ("they vocalized in protest")
Bi6170 Genetika II / 17.9.2014
beagle vyjadřování odporu ( they vocalized in protest )
2) Trénink s odměnou:2) Trénink s odměnou:
 štěněti se ukázal kus ryby v krabici štěněti se ukázal kus ryby v krabici
 štěně zůstávalo za drátěnou brankou, dokud se mu
nedovolilo běžet ke krabici a sníst rybunedovolilo běžet ke krabici a sníst rybu
 měnící se poloha krabice
 nejlepší výsledky:nejlepší výsledky: basejni
Bi6170 Genetika II / 17.9.2014
3) Řešení problému:3) Řešení problému:
 6 týdenní štěňata oddělena od krmení drátěnou 6-týdenní štěňata oddělena od krmení drátěnou
překážkou, kterou bylo možné obejít
 změna velikosti a tvaru překážky bludiště změna velikosti a tvaru překážky, bludiště
 nejlepší výsledky:nejlepší výsledky: basejni
bludiště: beagleg
 častou reakcí štěkání (nikdy ne řešení)
 na neúspěch štěňata reagovala spánkem na neúspěch štěňata reagovala spánkem
Bi6170 Genetika II / 17.9.2014
4) Interakce genotypu a zkušenosti:4) Interakce genotypu a zkušenosti:
 psi byli chováni v izolaci a přicházeli do kontaktup y p
pouze s tolerantními nebo přísnými lidmi
 pes dostal misku s krmením, po přiblížení se hopes dostal misku s krmením, po přiblížení se ho
člověk udeřil, aby se pes polekal
 poté pes zůstal s plnou miskou krmení o samotě poté pes zůstal s plnou miskou krmení o samotě
 basenji: pes vždy sežral krmeníj p y
 sheltie: pes se nikdy krmení nedotkl
 beagle: přísně vedení psi sežrali krmení, beagle: přísně vedení psi sežrali krmení,
tolerantně vedení ne
Bi6170 Genetika II / 17.9.2014
Anglický kokršpaněl:Anglický kokršpaněl:
 asociace agresivního asociace agresivního
chování s geny pro barvu
srstis st
 zlatý > černý > ostatnízlatý > černý > ostatní
Bi6170 Genetika II / 17.9.2014
Bi6170 Genetika II / 17.9.2014