Maternální efekt u vybraných druhů hlodavců: pozitivní a negativní efekt na fitness potomstva

• Thesis title in Czech: Maternální efekt u vybraných druhů hlodavců: pozitivní a negativní efekt na fitness potomstva
• Thesis title in English: Maternal effect in selected rodent species: positive and negative effect on offspring fitness
• Key words: epigenetika, genetika, maternální efekt, mateřské chování, mateřské péče, myš, potkan, sexuální chování
• English key words: epigenetics, genetics, maternal effect, maternal behaviour, maternal care, mouse, rat, sexual behaviour
• Academic year of topic announcement: 2022/2023
• Thesis type: Bachelor's thesis
• Thesis language: čeština
• Department: Department of Zoology (31-170)
• Supervisor: RNDr. Eva Landová, Ph.D.
• Author: hidden - assigned and confirmed by the Study Dept.
• Date of registration: 27.10.2022
• Date of assignment: 23.01.2023
• Confirmed by Study dept. on: 27.01.2023
• Date of electronic submission: 03.08.2023
• Date of proceeded defence: 11.09.2023
• Opponents: Mgr. Romana Stopková, Ph.D.
• Advisors: Mgr. Iveta Štolhoferová, Ph.D.

Guidelines

Etologie a sociobiologie

References

Breton, Carrie V., et al. "Exploring the evidence for epigenetic regulation of environmental influences on child health across generations." Communications biology 4.1 (2021): 1-15.
Bridges, Robert S. "Neuroendocrine regulation of maternal behavior." Frontiers in neuroendocrinology 36 (2015): 178-196.
Cameron, N. M. (2011). Maternal programming of reproductive function and behavior in the female rat. Frontiers in evolutionary neuroscience, 3, 10.
Fitz-James, Maximilian H., and Giacomo Cavalli. "Molecular mechanisms of transgenerational epigenetic inheritance." Nature Reviews Genetics 23.6 (2022): 325-341.
Peripato, Andréa C., and James M. Cheverud. "Genetic influences on maternal care." the american naturalist 160.S6 (2002): S173-S185.
Ryan, Bryce C., and John G. Vandenbergh. "Intrauterine position effects." Neuroscience & Biobehavioral Reviews 26.6 (2002): 665-678.
Starr‐Phillips, Emily J., and Annaliese K. Beery. "Natural variation in maternal care shapes adult social behavior in rats." Developmental psychobiology 56.5 (2014): 1017-1026.
Zhang, Tie Yuan, et al. "Epigenetic mechanisms for the early environmental regulation of hippocampal glucocorticoid receptor gene expression in rodents and humans." Neuropsychopharmacology 38.1 (2013): 111-123.

Preliminary scope of work

Tato práce se bude zaměřovat na to, jak maternální efekt ovlivňuje prenatální i postnatální vývoj a fitness jedince u modelových druhů hlodavců.. Většina studií zaměřených na toto téma u savců je prováděna na potkanech či myších jako modelových hlodavčích organismech. Proto se i zde bude většina informací vztahovat k těmto druhům, popřípadě k porovnání s druhy jinými.
Během prenatálního období je vývoj jedince ovlivňován nejen genetickou výbavou, ale i prostředím, ve kterém vyrůstala či se během březosti nacházela rodičovská generace. Tyto vlivy prostředí se promítají do jaderné DNA často jako epigenetické značky. Epigenetika remodeluje jadernou DNA a tím ovlivňuje transkripci jednotlivých genů. Jedinečnost spočívá v tom, že tyto změny mohou být reverzibilní, tvořené během celého života a zároveň přenášeny do dalších generací. Stejně silně působí i vlivy jako je vzájemná pozice samčích a samičích zárodků uvnitř dělohy samice. Součástí práce bude i behaviorální analýza významu jednotlivých prvků mateřského chování a jejich vliv při postnatálním vývoji na budoucí chování potomků. Všechny tyto proximátní mechanismy ovlivňují funkci a nastavení HPA osy a také fungování hormonů přímo řídící mateřské chování (estrogeny, progesteron, oxytocin, prolaktin) či chování související s agresí (testosteron, kortizol, oxytocin, estradiol, progesteron). Z etologického hlediska je pro nás důležité sledovat vyrovnávání se se stresem, agresivitu, sexuální chování a samotné mateřské chování, které dohromady ovlivňuji reprodukční úspěšnost.
Podmínky sociálního a vnějšího prostředí ovlivňující zvýšení či snížení mateřské péče odráží životní zkušenosti a jako mechanismus by mohly být pokládány v daných podmínkách jako evoluční prvek adaptivní odpovědi. Právě modulace chování potomstva skrze mateřskou péči je jako příprava na budoucí podmínky, se kterými se mláďata setkají. Tato plasticita vytváří fenotypové variace a tím i větší množství životních strategií.
Cílem práce je tedy shrnout jak proximátní mechanismy, které stojí za samotným maternálním efektem na chování potomstva tak i funkční aspekty tohoto jevu ve smyslu třetí Tinbergenovy otázky, tedy ultimátní příčiny.

Preliminary scope of work in English

The main objective of this theses is how the maternal effect affects prenatal and postnatal development and survival value of an individual in model rodent species. Most studies focusing on this topic in mammals have been conducted using rats or mice as rodent model organisms. I will compare information about maternal effect on behavior in mice and rats with information known about this phenomenon in other mammals.
During the prenatal period, the development of the individual is influenced not only by the genetic information, but also by the environment in which the parental generation grew up or was during the pregnancy. These environmental effects are often reflected in nuclear DNA as epigenetic marks. Epigenetics remodels nuclear DNA and thus influences the transcription of individual genes. What makes it unique is that these changes can be reversible, created during the individual’s lifetime, and passed on to the future generations. Influences such as the relative position of male and female embryos inside the female's uterus are equally strong. The thesis will also include a behavioral analysis of the importance of individual elements of maternal behavior and their influence during postnatal development on the future behavior of the offspring. All these proximate mechanisms influence the function the HPA axis, as well as the hormones directly controlling maternal behavior (estrogens, progesterone, oxytocin, prolactin) or aggression-related behavior (testosterone, cortisol, oxytocin, estradiol, progesterone). From an ethological perspective, it is important to include stress coping, aggression, sexual behavior and maternal behavior itself, which together influence reproductive success.
Social environment and external environmental conditions further influence the increase or decrease in maternal care and reflect experiences that animals gain during the lifetime. Therefore, they could be considered a mechanism evoking adaptive response and evolutionary change. The modulation of offspring behavior through maternal care prepares the offspring for the future conditions they will encounter. This plasticity generates phenotypic variability and thus a greater variety of life history strategies.
The aim of this thesis is therefore to summarize both the proximate mechanisms behind the maternal effect on offspring behavior, and the functional aspects of this phenomenon in sense of Tinbergen's third question, the ultimate cause.