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Publication
Indirect genetic effects on social behavior and dna methylation pattern in Zebrafish
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Authors
Advisor(s)
Abstract(s)
The social environment, more particularly the genetic makeup of conspecifics, may influence individuals' social behavior, a henomenon known as indirect genetic effects (IGEs). Previous work has demonstrated how genetic variation in the social environment affects the behavioral output of zebrafish oxytocin receptor mutants (OXTR). It was found that the interaction between an individual's genotype and
the genotype of its conspecifics affects social behaviors, indicating that the social environment can either rescue or promote phenotypes associated with specific genes. Nevertheless, the mechanisms behind this behavioral plasticity remain poorly understood. In the present study, we used the same experimental paradigm published in Ribeiro et al. (2020) of growing fish of different genotypes in different environmental conditions (1 wild-type in a group of 4 OXTR mutants; 1 mutant in a group of 4 wild-types and the respective controls, a group of 5 mutants and a group of 5 wildtypes) to explore the mechanism that underlies the interaction between genes and environment. After growing under these particular conditions, group behavioral analysis
was conducted, and the forebrain of all individuals was collected for nanopore sequencing to quest for differential methylation patterns in the different experimental groups. Our results indicate that group genotypic composition significantly influences social interactions depending on the individual’s genotype and the genotype of the conspecifics. These genotype interactions affected not only individual behavior but also group dynamics. Analysis of genomic DNA revealed a strong signal of a differentially methylated CpG island in the fish forebrain, aligned with the behavioral data. These findings suggest
that the social environment can drive phenotypic changes and that epigenetic marks, such as DNA methylation, may be one of the underlying mechanisms mediating these effects.
O ambiente social, especialmente a composição genotípica dos conspecíficos, pode influenciar significativamente o comportamento social dos indivíduos, um fenômeno conhecido como efeitos genéticos indiretos (IGEs). Estudos anteriores demonstraram que a variação genética no ambiente social pode impactar o comportamento de peixes-zebra mutantes para o recetor de oxitocina (OXTR), sugerindo que o ambiente social pode recuperar ou até promover fenótipos associados a genes específicos. No presente estudo, utilizamos o mesmo paradigma experimental descrito em Ribeiro et al. (2020), que estudou o desenvolvimento de peixes com diferentes genótipos para o gene oxtr em diversas condições ambientais (1 wild-type num grupo de 4 mutantes OXTR; 1 mutante num grupo de 4 wild-type, e os respetivos controlos, com um grupo de 5 mutantes e outro de 5 wild-type) para explorar o mecanismo subjacente à interação entre genes e ambiente. Após o desenvolvimento dos peixes sob essas condições experimentais, realizamos uma análise comportamental dos grupos e extraímos o prosencéfalo de todos os indivíduos. Com base no comportamento foram selecionados os indivíduos mais representativos de cada grupo experimental para sequenciação pela técnica Nanopore, com o objetivo de investigar padrões diferenciais de metilação nos diversos grupos experimentais. Os nossos resultados indicam que a composição genotípica do grupo influencia de forma significativa as interações sociais, havendo uma interação do genótipo do indivíduo com o genótipo dos conspecíficos. Essas interações genotípicas afetaram não apenas o comportamento individual, mas também a dinâmica do grupo. A análise do DNA genómico revelou um forte sinal numa ilha CpG diferencialmente metilada no prosencéfalo dos peixes, em concordância com os dados comportamentais observados. Estes resultados, sugerem que o ambiente social pode induzir alterações fenotípicas e que marcas epigenéticas, como a metilação do DNA, podem ser um dos mecanismos subjacentes responsáveis por mediar esses efeitos.
O ambiente social, especialmente a composição genotípica dos conspecíficos, pode influenciar significativamente o comportamento social dos indivíduos, um fenômeno conhecido como efeitos genéticos indiretos (IGEs). Estudos anteriores demonstraram que a variação genética no ambiente social pode impactar o comportamento de peixes-zebra mutantes para o recetor de oxitocina (OXTR), sugerindo que o ambiente social pode recuperar ou até promover fenótipos associados a genes específicos. No presente estudo, utilizamos o mesmo paradigma experimental descrito em Ribeiro et al. (2020), que estudou o desenvolvimento de peixes com diferentes genótipos para o gene oxtr em diversas condições ambientais (1 wild-type num grupo de 4 mutantes OXTR; 1 mutante num grupo de 4 wild-type, e os respetivos controlos, com um grupo de 5 mutantes e outro de 5 wild-type) para explorar o mecanismo subjacente à interação entre genes e ambiente. Após o desenvolvimento dos peixes sob essas condições experimentais, realizamos uma análise comportamental dos grupos e extraímos o prosencéfalo de todos os indivíduos. Com base no comportamento foram selecionados os indivíduos mais representativos de cada grupo experimental para sequenciação pela técnica Nanopore, com o objetivo de investigar padrões diferenciais de metilação nos diversos grupos experimentais. Os nossos resultados indicam que a composição genotípica do grupo influencia de forma significativa as interações sociais, havendo uma interação do genótipo do indivíduo com o genótipo dos conspecíficos. Essas interações genotípicas afetaram não apenas o comportamento individual, mas também a dinâmica do grupo. A análise do DNA genómico revelou um forte sinal numa ilha CpG diferencialmente metilada no prosencéfalo dos peixes, em concordância com os dados comportamentais observados. Estes resultados, sugerem que o ambiente social pode induzir alterações fenotípicas e que marcas epigenéticas, como a metilação do DNA, podem ser um dos mecanismos subjacentes responsáveis por mediar esses efeitos.
Description
Master's dissertation presented at ISPA – Instituto Universitário in order to obtain a master’s degree in the specialty of Cognitive and Behavioral Neurosciences
Keywords
Social behavior Indirect genetic effects DNA methylation Zebrafish Oxytocin receptor mutant Comportamento social Efeitos genéticos indirectos Metilação do ADN Peixe-Zebra Mutante para o recetor de oxitocina
Citation
Pinget, M. (2024). Indirect genetic effects on social behavior and dna methylation pattern in Zebrafish [Dissertação de mestrado]. Ispa - Instituto Universitário.