灰喜鹊亲属识别机制随雏鸟日龄的发育模式

Kinship theory is one of the most important fundamental theories for animal behavioral researches, which now encounters two unresolved problems. One is that whether animals can really recognize between kin and non-kin; the other is that what are the cues used by them in kin recognition. In order to improve the kinship theory by providing empirical and experimental evidences, we propose this project about the kin recognition of the azure-winged magpie Cyanopica cyana. By performing microsatellite-based spatial autocorrelation analysis and parentage analysis, as well as cross-fostering experiments of same-aged nestlings, we will examine the differences in adult social behaviors that are exerted towards kin and non-kin. Therefore, we can answer whether differences in kinship can be perceived by azure-winged magpies. These social behaviors include formation of spatial genetic structure, post-fledging dispersal, engaging in extra-pair copulations, brood provisioning, cooperative anti-predation and conspecific nest-raiding. Then, we design a cross-fostering experiment of different-aged nestlings to examine the relationship between parental-offspring discrimination and nestling age. Moreover, three types of experiments, the nest-site changing, scent adjustment and playback of nestling begging call, will be used to examine whether nest spatial position, olfactory molecular and vocal signal are selected as cues in kin recognition of azure-winged magpies. Finally, we will sequence brain transcriptome of different-aged nestlings to reveal potential development patterns of key phenotypic traits and linked alleles that are used in kin recognition.

亲缘理论是动物行为研究的重要理论基石之一。与其相关的争议当前主要集中在动物是否具备真正的亲属识别能力和亲属识别过程中应用哪些线索。本项目将以灰喜鹊Cyanopica cyana的亲属识别作为研究对象，借助于基于微卫星基因分型的空间自相关分析和亲权鉴定技术，以及等龄雏鸟交叉培养实验，比较成鸟在面对亲属和非亲属时表达的社会行为差异（包括空间遗传结构建立、扩散、婚外交配行为、育雏、合作御敌和同种劫巢），来验证它们是否能够识别个体间的亲缘度差别。在此基础上，首先通过差龄雏鸟交叉饲养实验来检验亲鸟对子代的识别是否与雏鸟日龄有关，接着通过巢空间位置变更实验、雏鸟香水实验和雏鸟乞食鸣叫回放实验分别检验空间位置、气味和声信号是否被亲鸟用来作为识别子代的线索。最后，借助对雏鸟大脑转录组进行测序和差异表达分析，构建转录组随雏鸟日龄的发育模式，找到影响亲属识别的关键性状及连锁基因.

按照本项目的计划，我们在灰喜鹊中检测了成鸟是否具备对后代的识别能力，以及在亲属识别过程中使用的线索。在19个繁殖群中，应用空间自相关分析，并未发现任何一个繁殖群建立了空间遗传结构，即灰喜鹊并未建立亲属群。基于对幼鸟的标记-重捕数据，发现灰喜鹊是两性扩散的鸟类，幼鸟对出生地的忠诚度依赖于其抚育的忠诚度。基于微卫星作为分子标记的亲权鉴定技术，监测到灰喜鹊的青藏高原种群具有很高的婚外交配发生频率，使得婚外父权和婚外母权都频繁地出现。由此造成被戴绿帽子的繁殖者在婚外父权和婚外母权巢内表现出显著不同的递食策略。尽管不论雌雄都无法识别出混合巢内亲生后代与无关后代，但它们能够根据配偶的EPC行为来调整对整个混合巢的递食策略。另外，对幼鸟的交叉培养实验的结果显示，处于发育早期的幼鸟进行交换后，义亲不会表现出对义子的选择性，但对于发育晚期的幼鸟常常会拒绝为其递食。在发生同种劫巢行为和合作防御天敌的行为时，个体间的亲缘度较远，灰喜鹊更喜欢与无关的邻居建立合作关系。以上这些结果都表明，灰喜鹊对亲属的识别机制是随着雏鸟的成长逐步建立的，而其建立过程依赖于雏鸟的表型性状的发育。在孵卵期和育雏期早期，亲本主要依靠对巢空间位置的识别来归家并找到自己的后代。在育雏期后期，亲本对后代的识别更多地依赖于幼鸟的声信号。我们通过“差龄雏鸟交叉培养实验”，证实了亲本对后代的识别机制建立时间在幼鸟的12日龄左右，此时，幼鸟的发生机制已经建立，幼鸟的声信号组成趋于稳定。本项目采集了不同日龄的幼鸟脑组织，通过比较转录组分析的方法，尝试寻找在这个时间拐点前后差异表达的基因，它们可能也被用来作为亲属识别的线索。本项目目前的发现证实了动物亲属识别能力主要是在后天通过学习逐步建立的，并且跟识别信号的时空变化存在显著相关性。因此，在应用亲缘选择理论解释动物行为的进化时，应当考虑到生活史不同阶段、不同场景带来的影响。