斑马鱼行为与神经遗传学手册

第一部分  斑马鱼概述：自然生态、行为学以及适宜的饲养繁殖条件     1
第一章　斑马鱼的生物和非生物环境 3
1.1　引言 3
1.2　地理分布与物种进化史 3
1.3　非生物和生物环境的特征 4
1.4　栖息地的环境变化 11
1.5　结论 12
第二章　斑马鱼的饲养和繁殖：一些行为学和生态学方面的考虑 16
2.1　引言 16
2.2　标准化问题 18
2.3　自然界中的斑马鱼 19
2.4　实验室饲养实践 19
2.5　绝对值与水参数变化速度 23
2.6　实验水槽和储水槽条件 23
2.7　结语 25

第二部分  斑马鱼仔鱼的行为               29
第三章　斑马鱼仔鱼的视觉系统和对视觉刺激的行为反应 31
3.1　斑马鱼仔鱼视觉的关联问题 31
3.2　斑马鱼视觉系统的一般结构 31
3.3　视网膜投射 33
3.4　视觉过程 35
3.5　斑马鱼和哺乳动物视觉处理的比较 37
3.6　视觉行为 37
第四章　斑马鱼仔鱼的视觉逃逸：刺激、回路和行为 44
4.1　引言 44
4.2　逼近刺激的基本特征（引起动物逃避的原因是什么？） 45
4.3　逃避行为的执行 48
4.4　视觉逃逸的核心回路 50
4.5　核心逃逸回路的调控 54
4.6　关于逼近回路的开放性问题 56
第五章　斑马鱼听觉功能的研究进展 65
5.1　水下听觉环境及其与声音探测的相关性 65
5.2　斑马鱼耳的形态 66
5.3　关于耳与侧线神经丘作用的说明 68
5.4　对斑马鱼在听觉研究中日益增加的重要性的分析 68
5.5　斑马鱼的听觉以及我们是如何知道的 69
5.6　毛细胞动力学 71
5.7　鱼类毛细胞死亡的原因 73
5.8　毛细胞再生 73
5.9　斑马鱼耳石的形成与生长 74
5.10　斑马鱼听觉刺激的传导 75
第六章　社会行为的形成发展 83
6.1　物种间的社会发展 83
6.2　斑马鱼社会行为的定义 84
6.3　发展阶段的分类 85
6.4　特定社会行为的开始 87
6.5　社会吸引力 87
6.6　聚集与社会偏好性 88
6.7　社会暗示 89
6.8　早期经验 90
6.9　结论 90
第七章　斑马鱼仔鱼的经典和操作性条件反射 94
7.1　引言 94
7.2　经典条件反射 95
7.3　操作性条件反射 98
7.4　满欲刺激的联想学习 102
7.5　综合讨论 102
7.6　展望 105

第三部分  斑马鱼成鱼的行为           109
第八章　斑马鱼运动形式和游动路径特征的行为学研究 111
8.1　引言 111
8.2　斑马鱼运动行为的表型分析 112
8.3　斑马鱼的运动形式 115
8.4　成鱼的运动行为 116
8.5　遗传控制与运动突变体 118
8.6　结论 119
第九章　斑马鱼睡眠的行为标准和研究技术 124
9.1　引言 124
9.2　表征睡眠的行为学标准 125
9.3　清醒/睡眠周期的生物钟调节 126
9.4　睡眠剥夺和内稳态 128
9.5　唤醒阈值 129
9.6　睡眠体位 130
9.7　定义睡眠的未来工具和标准 130
第十章　斑马鱼的恐惧反应和抗捕食行为—一种良好的实验模型 136
10.1　引言 136
10.2　焦虑还是恐惧 137
10.3　恐惧：对捕食者的一种自然反应 137
10.4　视觉刺激和成年斑马鱼传递恐惧的方法 138
10.5　视觉刺激特异性的反捕食反应 139
10.6　嗅觉线索引起的抗捕获反应 143
10.7　引起焦虑的范式 144
10.8　仔鱼的恐惧反应 144
10.9　斑马鱼恐惧和焦虑的精神药理学 145
10.10　斑马鱼恐惧和焦虑的遗传分析 147
10.11　结论 148
第十一章　斑马鱼的社会行为及其精神药理学和遗传学分析 152
11.1　引言 152
11.2　群体活动：集群和群聚 153
11.3　社会选择 156
11.4　其他形式 158
11.5　结论 158
第十二章　成年斑马鱼的联想学习和非联想学习 164
12.1　引言 164
12.2　斑马鱼在学习和记忆研究中的应用 165
12.3　非联想学习 166
12.4　联想学习 167
12.5　结论 172
第十三章　斑马鱼中的关系型学习：人类陈述性记忆的模型？ 180
13.1　引言 180
13.2　斑马鱼应用的优点 181
13.3　为什么要研究学习和记忆，为什么要研究关系记忆？ 182
13.4　空间学习：关系学习的一种形式 183
13.5　斑马鱼与哺乳动物物种的空间学习和记忆 184
13.6　斑马鱼空间学习的预测和建构效度 187
13.7　高通量应用 190
13.8　结论 191

第四部分  斑马鱼遗传学方法         195
第十四章　斑马鱼复杂行为的分子遗传学研究 197
14.1　引言 197
14.2　斑马鱼仔鱼和成鱼的行为谱 198
14.3　前脉冲抑制 203
14.4　社交行为 204
14.5　采用正向和反向遗传策略进行行为筛查 205
14.6　用于行为研究的斑马鱼遗传种群 205
14.7　实验室养殖和野生斑马鱼品系的遗传多样性 206
14.8　斑马鱼作为全基因组关联分析的候选模型 206
14.9　行为特征的转录组学研究 208
14.10　单细胞分辨率转录组学分析 208
14.11　结论 209
第十五章　斑马鱼的行为研究：压力致变异 217
15.1　引言 217
15.2　实验数据的变异来源 218
15.3　品系和遗传变异 219
15.4　品系之间的行为差异 221
15.5　结论 228
第十六章　用于行为遗传学的突变体设计 233
16.1　用于靶向基因组修饰的可编程核酸酶 233
16.2　DNA修复和DNA修饰 235
16.3　目标选择：选择性启动子、外显子和起始密码子的潜力 237
16.4　减少脱靶突变或非目标突变影响的育种应用 237
第十七章　光遗传学 247
17.1　引言 247
17.2　神经元活动的光遗传学控制 248
17.3　神经元活动的光遗传学检测 250
17.4　光遗传学回路分析 251
17.5　光遗传学在斑马鱼行为研究中的应用 252
17.6　光遗传学的未来展望 254
第十八章　斑马鱼的CRISPR/Cas系统 259
18.1　引言 259
18.2　敲除策略 260
18.3　组织特异性基因破坏 262
18.4　敲入策略 263
18.5　碱基编辑 265
18.6　转录调控 266
18.7　谱系追踪 267
18.8　结论和展望 268
第十九章　PhOTO斑马鱼和启动转换：促进神经发育与疾病机制研究 272
19.1　引言：谱系追踪是精确理解机制不可或缺的方法 272
19.2　谱系追踪的历史 273
19.3　PhOTO系统和应用 275
19.4　展望 281

第五部分  疾病模型和行为遗传学应用    285
第二十章　乙醇对斑马鱼的急性、慢性效应 287
20.1　乙醇成瘾的代价 287
20.2　斑马鱼：研究乙醇效应的动物模型 288
20.3　急性乙醇暴露 288
20.4　慢性乙醇效应 291
20.5　斑马鱼品系和种群对乙醇暴露的差异 292
20.6　用于慢性乙醇诱导基因表达研究的微阵列芯片 294
20.7　反向遗传策略 295
20.8　正向遗传学和诱变 295
20.9　结论 296
第二十一章　斑马鱼胚胎乙醇暴露的行为遗传学：FASD模型 301
21.1　引言 301
21.2　斑马鱼作为FASD的动物模型 302
21.3　反向遗传学 309
21.4　结论 313
第二十二章　斑马鱼多巴胺能神经元的存活、死亡和再生 318
22.1　引言 318
22.2　斑马鱼DA神经元的发育 318
22.3　DA神经元发育中的信号通路 319
22.4　转录因子与DA神经元的发育 320
22.5　DA神经回路 321
22.6　斑马鱼DA神经元缺失模型的研究 321
22.7　斑马鱼DA神经元的再生 325
22.8　展望与挑战 326
第二十三章　帕金森病 331
23.1　引言 331
23.2　关于帕金森病神经退行性病变的原因我们知道些什么？ 332
23.3　帕金森病动物模型的作用和斑马鱼的潜在用途 333
23.4　斑马鱼作为帕金森病研究模型的适用性 335
23.5　利用斑马鱼模型阐明孟德尔帕金森病表型和偶发性帕金森病相关基因的功能 342
23.6　利用斑马鱼模型阐明环境毒物与帕金森病相关的作用机制 349
23.7　结论 354
第二十四章　痫性发作和癫痫 361
24.1　引言 361
24.2　化学诱导癫痫发作 362
24.3　诱发癫痫发作的非化学或遗传方法 364
24.4　癫痫的遗传学特征 364
24.5　癫痫发作和癫痫高级研究的模型——斑马鱼模型 371
第二十五章　衰老、生物钟和神经发生研究：斑马鱼法 378
25.1　引言 378
25.2　昼行性脊椎动物模型 379
25.3　逐渐衰老的脊椎动物 380
25.4　代谢挑战引起的斑马鱼加速衰老 381
25.5　成年斑马鱼神经发生受昼夜节律控制 383
25.6　正常衰老和加速衰老中的神经发生 386
25.7　结论 387
第二十六章　自闭症谱系障碍斑马鱼模型 392
26.1　自闭症谱系障碍：临床特征和研究挑战 392
26.2　自闭症谱系障碍遗传学的研究进展 393
26.3　斑马鱼中保守的ASD相关神经通路 395
26.4　ASD相关的斑马鱼行为 396
26.5　斑马鱼ASD风险基因模型——建立和表型分析 401
26.6　斑马鱼ASD模型的现状和未来方向 406
26.7　结论 408
第二十七章　斑马鱼攻击行为研究 418
27.1　攻击行为和对抗行为 418
27.2　斑马鱼攻击性研究 418
27.3　斑马鱼在配对争斗中的对抗行为 419
27.4　对抗行为的量化方法 419
27.5　支配地位的发展：社会压力与对抗行为 420
27.6　攻击性的神经基础 421
27.7　攻击性的遗传基础 421
27.8　攻击性的药理学基础 422
27.9　结论 423
第二十八章　甲基汞诱导影响斑马鱼行为的跨代传递的表观遗传改变 427
28.1　引言 427
28.2　甲基汞与行为学 428
28.3　发育期甲基汞暴露对斑马鱼行为的影响 429
28.4　功能障碍的跨代遗传 430
28.5　表观遗传学 432
28.6　S-腺苷甲硫氨酸、甲基汞和DNA甲基化 434
28.7　甲基汞诱导的跨代表观遗传 435
28.8　结论和下一步计划 437

第六部分  大数据和生物信息学          443
第二十九章　斑马鱼行为筛选的设计 445
29.1　为什么要筛选? 445
29.2　我们应该筛选什么? 446
29.3　为什么要用行为表型作为筛查标准？ 448
29.4　应认真推敲的行为测试概念 449
29.5　行为测试组合，多重行为测量，重叠行为测试 449
29.6　测试组合的结构：自上而下与自下而上 450
29.7　内表型 452
29.8　如何衡量行为？ 452
29.9　结论 453
第三十章　斑马鱼全生命周期行为表型分析的软件工具 456
30.1　引言 456
30.2　追踪斑马鱼早期发育阶段的活动、心率、血流和肠（道）流 457
30.3　在孔板中用斑马鱼仔鱼进行高通量筛选 459
30.4　斑马鱼仔鱼回避行为的自动分析 460
30.5　在成年斑马鱼的常见测试中检测特定行为 462
30.6　成年斑马鱼的攻击行为检测 464
30.7　成年斑马鱼群聚行为的量化 466
30.8　成年斑马鱼行为轨迹的三维跟踪 468
30.9　结论 471
30.10　补充数据 472
第三十一章　斑马鱼基因组测序计划：生物信息学资源 476
31.1　斑马鱼参考基因组测序计划简史 476
31.2　评估斑马鱼的基因组组装 479
31.3　斑马鱼基因组组装、基因注释和基因组浏览 480
31.4　序列比较分析 481
31.5　变异 483
31.6　亚科鱼类基因组测序和组装 484
第三十二章　注册、标准化和交互性：斑马鱼神经解剖学在线资源综述 486
32.1　引言 486
32.2　斑马鱼解剖数据的收集 487
32.3　标准化斑马鱼神经解剖学资源 492
32.4　结论与展望 498

索引 502