斑馬魚行為與神經遺傳學手冊

第一部分  斑馬魚概述：自然生態(tài)、行為學以及適宜的飼養(yǎng)繁殖條件     1
第一章　斑馬魚的生物和非生物環(huán)境 3
1.1　引言 3
1.2　地理分布與物種進化史 3
1.3　非生物和生物環(huán)境的特征 4
1.4　棲息地的環(huán)境變化 11
1.5　結論 12
第二章　斑馬魚的飼養(yǎng)和繁殖：一些行為學和生態(tài)學方面的考慮 16
2.1　引言 16
2.2　標準化問題 18
2.3　自然界中的斑馬魚 19
2.4　實驗室飼養(yǎng)實踐 19
2.5　絕對值與水參數變化速度 23
2.6　實驗水槽和儲水槽條件 23
2.7　結語 25

第二部分  斑馬魚仔魚的行為               29
第三章　斑馬魚仔魚的視覺系統(tǒng)和對視覺刺激的行為反應 31
3.1　斑馬魚仔魚視覺的關聯問題 31
3.2　斑馬魚視覺系統(tǒng)的一般結構 31
3.3　視網膜投射 33
3.4　視覺過程 35
3.5　斑馬魚和哺乳動物視覺處理的比較 37
3.6　視覺行為 37
第四章　斑馬魚仔魚的視覺逃逸：刺激、回路和行為 44
4.1　引言 44
4.2　逼近刺激的基本特征（引起動物逃避的原因是什么？） 45
4.3　逃避行為的執(zhí)行 48
4.4　視覺逃逸的核心回路 50
4.5　核心逃逸回路的調控 54
4.6　關于逼近回路的開放性問題 56
第五章　斑馬魚聽覺功能的研究進展 65
5.1　水下聽覺環(huán)境及其與聲音探測的相關性 65
5.2　斑馬魚耳的形態(tài) 66
5.3　關于耳與側線神經丘作用的說明 68
5.4　對斑馬魚在聽覺研究中日益增加的重要性的分析 68
5.5　斑馬魚的聽覺以及我們是如何知道的 69
5.6　毛細胞動力學 71
5.7　魚類毛細胞死亡的原因 73
5.8　毛細胞再生 73
5.9　斑馬魚耳石的形成與生長 74
5.10　斑馬魚聽覺刺激的傳導 75
第六章　社會行為的形成發(fā)展 83
6.1　物種間的社會發(fā)展 83
6.2　斑馬魚社會行為的定義 84
6.3　發(fā)展階段的分類 85
6.4　特定社會行為的開始 87
6.5　社會吸引力 87
6.6　聚集與社會偏好性 88
6.7　社會暗示 89
6.8　早期經驗 90
6.9　結論 90
第七章　斑馬魚仔魚的經典和操作性條件反射 94
7.1　引言 94
7.2　經典條件反射 95
7.3　操作性條件反射 98
7.4　滿欲刺激的聯想學習 102
7.5　綜合討論 102
7.6　展望 105

第三部分  斑馬魚成魚的行為           109
第八章　斑馬魚運動形式和游動路徑特征的行為學研究 111
8.1　引言 111
8.2　斑馬魚運動行為的表型分析 112
8.3　斑馬魚的運動形式 115
8.4　成魚的運動行為 116
8.5　遺傳控制與運動突變體 118
8.6　結論 119
第九章　斑馬魚睡眠的行為標準和研究技術 124
9.1　引言 124
9.2　表征睡眠的行為學標準 125
9.3　清醒/睡眠周期的生物鐘調節(jié) 126
9.4　睡眠剝奪和內穩(wěn)態(tài) 128
9.5　喚醒閾值 129
9.6　睡眠體位 130
9.7　定義睡眠的未來工具和標準 130
第十章　斑馬魚的恐懼反應和抗捕食行為—一種良好的實驗模型 136
10.1　引言 136
10.2　焦慮還是恐懼 137
10.3　恐懼：對捕食者的一種自然反應 137
10.4　視覺刺激和成年斑馬魚傳遞恐懼的方法 138
10.5　視覺刺激特異性的反捕食反應 139
10.6　嗅覺線索引起的抗捕獲反應 143
10.7　引起焦慮的范式 144
10.8　仔魚的恐懼反應 144
10.9　斑馬魚恐懼和焦慮的精神藥理學 145
10.10　斑馬魚恐懼和焦慮的遺傳分析 147
10.11　結論 148
第十一章　斑馬魚的社會行為及其精神藥理學和遺傳學分析 152
11.1　引言 152
11.2　群體活動：集群和群聚 153
11.3　社會選擇 156
11.4　其他形式 158
11.5　結論 158
第十二章　成年斑馬魚的聯想學習和非聯想學習 164
12.1　引言 164
12.2　斑馬魚在學習和記憶研究中的應用 165
12.3　非聯想學習 166
12.4　聯想學習 167
12.5　結論 172
第十三章　斑馬魚中的關系型學習：人類陳述性記憶的模型？ 180
13.1　引言 180
13.2　斑馬魚應用的優(yōu)點 181
13.3　為什么要研究學習和記憶，為什么要研究關系記憶？ 182
13.4　空間學習：關系學習的一種形式 183
13.5　斑馬魚與哺乳動物物種的空間學習和記憶 184
13.6　斑馬魚空間學習的預測和建構效度 187
13.7　高通量應用 190
13.8　結論 191

第四部分  斑馬魚遺傳學方法         195
第十四章　斑馬魚復雜行為的分子遺傳學研究 197
14.1　引言 197
14.2　斑馬魚仔魚和成魚的行為譜 198
14.3　前脈沖抑制 203
14.4　社交行為 204
14.5　采用正向和反向遺傳策略進行行為篩查 205
14.6　用于行為研究的斑馬魚遺傳種群 205
14.7　實驗室養(yǎng)殖和野生斑馬魚品系的遺傳多樣性 206
14.8　斑馬魚作為全基因組關聯分析的候選模型 206
14.9　行為特征的轉錄組學研究 208
14.10　單細胞分辨率轉錄組學分析 208
14.11　結論 209
第十五章　斑馬魚的行為研究：壓力致變異 217
15.1　引言 217
15.2　實驗數據的變異來源 218
15.3　品系和遺傳變異 219
15.4　品系之間的行為差異 221
15.5　結論 228
第十六章　用于行為遺傳學的突變體設計 233
16.1　用于靶向基因組修飾的可編程核酸酶 233
16.2　DNA修復和DNA修飾 235
16.3　目標選擇：選擇性啟動子、外顯子和起始密碼子的潛力 237
16.4　減少脫靶突變或非目標突變影響的育種應用 237
第十七章　光遺傳學 247
17.1　引言 247
17.2　神經元活動的光遺傳學控制 248
17.3　神經元活動的光遺傳學檢測 250
17.4　光遺傳學回路分析 251
17.5　光遺傳學在斑馬魚行為研究中的應用 252
17.6　光遺傳學的未來展望 254
第十八章　斑馬魚的CRISPR/Cas系統(tǒng) 259
18.1　引言 259
18.2　敲除策略 260
18.3　組織特異性基因破壞 262
18.4　敲入策略 263
18.5　堿基編輯 265
18.6　轉錄調控 266
18.7　譜系追蹤 267
18.8　結論和展望 268
第十九章　PhOTO斑馬魚和啟動轉換：促進神經發(fā)育與疾病機制研究 272
19.1　引言：譜系追蹤是精確理解機制不可或缺的方法 272
19.2　譜系追蹤的歷史 273
19.3　PhOTO系統(tǒng)和應用 275
19.4　展望 281

第五部分  疾病模型和行為遺傳學應用    285
第二十章　乙醇對斑馬魚的急性、慢性效應 287
20.1　乙醇成癮的代價 287
20.2　斑馬魚：研究乙醇效應的動物模型 288
20.3　急性乙醇暴露 288
20.4　慢性乙醇效應 291
20.5　斑馬魚品系和種群對乙醇暴露的差異 292
20.6　用于慢性乙醇誘導基因表達研究的微陣列芯片 294
20.7　反向遺傳策略 295
20.8　正向遺傳學和誘變 295
20.9　結論 296
第二十一章　斑馬魚胚胎乙醇暴露的行為遺傳學：FASD模型 301
21.1　引言 301
21.2　斑馬魚作為FASD的動物模型 302
21.3　反向遺傳學 309
21.4　結論 313
第二十二章　斑馬魚多巴胺能神經元的存活、死亡和再生 318
22.1　引言 318
22.2　斑馬魚DA神經元的發(fā)育 318
22.3　DA神經元發(fā)育中的信號通路 319
22.4　轉錄因子與DA神經元的發(fā)育 320
22.5　DA神經回路 321
22.6　斑馬魚DA神經元缺失模型的研究 321
22.7　斑馬魚DA神經元的再生 325
22.8　展望與挑戰(zhàn) 326
第二十三章　帕金森病 331
23.1　引言 331
23.2　關于帕金森病神經退行性病變的原因我們知道些什么？ 332
23.3　帕金森病動物模型的作用和斑馬魚的潛在用途 333
23.4　斑馬魚作為帕金森病研究模型的適用性 335
23.5　利用斑馬魚模型闡明孟德爾帕金森病表型和偶發(fā)性帕金森病相關基因的功能 342
23.6　利用斑馬魚模型闡明環(huán)境毒物與帕金森病相關的作用機制 349
23.7　結論 354
第二十四章　癇性發(fā)作和癲癇 361
24.1　引言 361
24.2　化學誘導癲癇發(fā)作 362
24.3　誘發(fā)癲癇發(fā)作的非化學或遺傳方法 364
24.4　癲癇的遺傳學特征 364
24.5　癲癇發(fā)作和癲癇高級研究的模型——斑馬魚模型 371
第二十五章　衰老、生物鐘和神經發(fā)生研究：斑馬魚法 378
25.1　引言 378
25.2　晝行性脊椎動物模型 379
25.3　逐漸衰老的脊椎動物 380
25.4　代謝挑戰(zhàn)引起的斑馬魚加速衰老 381
25.5　成年斑馬魚神經發(fā)生受晝夜節(jié)律控制 383
25.6　正常衰老和加速衰老中的神經發(fā)生 386
25.7　結論 387
第二十六章　自閉癥譜系障礙斑馬魚模型 392
26.1　自閉癥譜系障礙：臨床特征和研究挑戰(zhàn) 392
26.2　自閉癥譜系障礙遺傳學的研究進展 393
26.3　斑馬魚中保守的ASD相關神經通路 395
26.4　ASD相關的斑馬魚行為 396
26.5　斑馬魚ASD風險基因模型——建立和表型分析 401
26.6　斑馬魚ASD模型的現狀和未來方向 406
26.7　結論 408
第二十七章　斑馬魚攻擊行為研究 418
27.1　攻擊行為和對抗行為 418
27.2　斑馬魚攻擊性研究 418
27.3　斑馬魚在配對爭斗中的對抗行為 419
27.4　對抗行為的量化方法 419
27.5　支配地位的發(fā)展：社會壓力與對抗行為 420
27.6　攻擊性的神經基礎 421
27.7　攻擊性的遺傳基礎 421
27.8　攻擊性的藥理學基礎 422
27.9　結論 423
第二十八章　甲基汞誘導影響斑馬魚行為的跨代傳遞的表觀遺傳改變 427
28.1　引言 427
28.2　甲基汞與行為學 428
28.3　發(fā)育期甲基汞暴露對斑馬魚行為的影響 429
28.4　功能障礙的跨代遺傳 430
28.5　表觀遺傳學 432
28.6　S-腺苷甲硫氨酸、甲基汞和DNA甲基化 434
28.7　甲基汞誘導的跨代表觀遺傳 435
28.8　結論和下一步計劃 437

第六部分  大數據和生物信息學          443
第二十九章　斑馬魚行為篩選的設計 445
29.1　為什么要篩選? 445
29.2　我們應該篩選什么? 446
29.3　為什么要用行為表型作為篩查標準？ 448
29.4　應認真推敲的行為測試概念 449
29.5　行為測試組合，多重行為測量，重疊行為測試 449
29.6　測試組合的結構：自上而下與自下而上 450
29.7　內表型 452
29.8　如何衡量行為？ 452
29.9　結論 453
第三十章　斑馬魚全生命周期行為表型分析的軟件工具 456
30.1　引言 456
30.2　追蹤斑馬魚早期發(fā)育階段的活動、心率、血流和腸（道）流 457
30.3　在孔板中用斑馬魚仔魚進行高通量篩選 459
30.4　斑馬魚仔魚回避行為的自動分析 460
30.5　在成年斑馬魚的常見測試中檢測特定行為 462
30.6　成年斑馬魚的攻擊行為檢測 464
30.7　成年斑馬魚群聚行為的量化 466
30.8　成年斑馬魚行為軌跡的三維跟蹤 468
30.9　結論 471
30.10　補充數據 472
第三十一章　斑馬魚基因組測序計劃：生物信息學資源 476
31.1　斑馬魚參考基因組測序計劃簡史 476
31.2　評估斑馬魚的基因組組裝 479
31.3　斑馬魚基因組組裝、基因注釋和基因組瀏覽 480
31.4　序列比較分析 481
31.5　變異 483
31.6　亞科魚類基因組測序和組裝 484
第三十二章　注冊、標準化和交互性：斑馬魚神經解剖學在線資源綜述 486
32.1　引言 486
32.2　斑馬魚解剖數據的收集 487
32.3　標準化斑馬魚神經解剖學資源 492
32.4　結論與展望 498

索引 502