ج. ايليجانس التطوير والتكاثر

Caenorhabditis elegans هو كائن متعدد الخلايا صغير تشريحيا وبسيط وراثيا مع نمط ثابت من التطور. على الرغم من حقيقة أن الكائنات الحية الأخرى ، مثل الفقاريات ، لديها برامج تنموية أكثر تنوعا ، إلا أن الأبحاث حول تطور الديدان وتكاثرها قد أسفرت عن رؤى مهمة حول الآليات الجزيئية التي تنظم التطور في مجموعة متنوعة من الأنواع ، بما في ذلك نحن. يعد التقدير الجيد لتطور الديدان ودورة حياتها أمرا بالغ الأهمية لنجاح التجارب الجينية.

أولا ، دعنا نتعرف على الجوانب الرئيسية لتطور الديدان. عند الإخصاب ، يكون الحدث الرئيسي الأول هو انقسام خلوي غير متماثل يتم خلاله إنشاء المحور الأمامي الخلفي. يتم إنشاء المحور الظهري البطني بين المرحلة المكونة من خليتين وأربع خلايا ، ويتم إنشاء المحور الأيسر الأيمن بعد فترة وجيزة من مرحلة الخلايا الأربع.

تظهر ست خلايا مؤسس خلال الجولات الخمس الأولى من انقسام الخلايا. هذه هي AB و MS و E و C و D و P4. في كل دودة ، ستؤدي هذه الخلايا المؤسسية نفسها دائما إلى ظهور نفس الأنسجة المحددة.

ستؤدي أحفاد AB الخلوية في النهاية إلى ظهور الخلايا العصبية وأنسجة البلعوم. يؤدي مرض التصلب العصبي المتعدد إلى ظهور العضلات والبلعوم والخلايا العصبية. تصبح الخلايا المشتقة من E نسيجا معويا. C يؤدي إلى ظهور العضلات والخلايا العصبية والجلد. تصبح الخلايا من المؤسس D عضلة جدار الجسم. وأخيرا ، ستؤدي الخلية P4 إلى ظهور السلالة الجرثومية

تعد تفاعلات الخلية والخلية أمرا بالغ الأهمية لتحديد مصائر الخلايا النهائية. على سبيل المثال ، تفاعل ABp مع P2 مهم لظهور الخلايا العصبية والخلايا الظهارية. مطلوب تفاعل ABa مع EMS لتكوين الخلايا البلعومية. يعد التفاعل بين الجانب الخلفي من EMS و P2 في مرحلة الخلايا الأربع أمرا ضروريا للخلية E التي يتم إنتاجها من خلية EMS للتمايز إلى خلايا معوية.

بعد الانقسامات المبكرة القليلة ، عندما يصل الجنين إلى مرحلة 30 خلية تقريبا ، يتم وضع بيضة الدودة. تؤدي الانقسامات الخلوية الإضافية إلى زيادة عدد الخلايا وتكوين الأعضاء. أخيرا ، تبدأ الدودة الصغيرة في التحرك داخل قشر البيض ، وبعد فترة وجيزة من بدء البلعوم في الضخ ، تفقس البيضة.

أحد الجوانب المهمة من C. elegans هو موت الخلايا المبرمج ، الذي يؤدي إلى الإزالة الانتقائية لخلايا معينة. خلال المرحلة الجنينية من تطور الديدان ، تموت 113 خلية نتيجة موت الخلايا المبرمج.

بعد مراجعة التطور الجنيني ، دعنا نتعرف بعد ذلك على دورة حياة دودة فقس حديثا. تتكون دورة حياة C. elegans من أربع مراحل يرقات - L1 و L2 و L3 و L4 - يتبعها مرحلة البلوغ. في ظل ظروف بيئية معينة ، مثل ندرة الغذاء ، تتوقف اليرقات المتأخرة L1 أو L2 وتدخل في برنامج تنموي بديل يسمى مرحلة dauer. يمكن أن يبقى الدوير في هذه المرحلة لعدة أشهر ، ولكن عند توفر الطعام ، يعودون إلى برنامج النمو الطبيعي.

الديدان لها جنسان - الخنثى ذاتية التخصيب والذكور. الخنثى لها ذيل مدبب وكلاهما أعرض وأطول من الذكور المتطابقين مع العمر. تحت المجهر التشريحي ، يمكن تمييز الذكور بسهولة من خلال أجسامهم النحيفة ، ولكن الاختلاف الأكثر عمقا هو الذيل المميز للدودة الذكرية التي تحمل جهاز الجماع.

ينتج السلالة الجرثومية الخنثى كلا من البويضات المنوية ، بينما ينتج السلالة الجرثومية الذكرية المنوية فقط. يحتوي السلالة الجرثومية على خلايا جذعية في الطرف البعيد ، والتي تتحرك نحو الطرف القريب لإنتاج الأمشاج الناضجة.

عن طريق الإخصاب الذاتي ، ينتج خنثى بالغ ذرية خنثى متطابقة وراثيا مع كروموسومين جنسيين. في بعض الأحيان ، يؤدي عدم الانفصال ، وهو فشل الكروموسومات في الانفصال بشكل صحيح في السلالة الجرثومية الخنثى ، إلى ذرية ذكور مع كروموسوم جنسي واحد فقط. تزيد درجة الحرارة المرتفعة من تواتر الأحداث غير الانفصالية

يعتقد أن التكاثر الجنسي هو القوة الدافعة للتنوع الجيني. على الرغم من أن التزاوج يحدث بتردد منخفض ، إلا أن الإخصاب الذاتي هو الطريقة الأساسية للتكاثر في C. elegans في الطبيعة. سؤال مهم لم تتم الإجابة عليه في بيولوجيا الديدان هو لماذا تم الحفاظ على الذكور من خلال التطور.

الآن بعد أن تعلمت قليلا عن C. elegans التطور ودورة الحياة ، دعنا نرى كيف يمكننا تطبيق هذه المعرفة عمليا لإعداد التقاطعات الجينية. قبل البدء ، من المهم تخطيط الإستراتيجية الجينية بعناية.

تقنية التعقيم مهمة لتجنب التلوث البكتيري والفطري. لا تدع الصفائح تجف ، حيث قد يكون من المستحيل استعادة سلالات الديدان. في يوم إعداد التزاوج ، قم بإعداد أطباق متعددة مع بقعة مركزة من البكتيريا في وسط اللوحة. قم بتسمية اللوحة بأسماء السلالات والتاريخ. لإعداد التزاوج ، ضع ثلاثة L4 أو خنثى شباب واثني عشر L4 أو ذكور شباب بالغين على كل لوحة. احتضن في درجة الحرارة المناسبة وافحص الألواح بعد أربعة أيام بحثا عن ذرية متقاطعة. وجود ما يقرب من 50٪ من الذكور هو أول مؤشر على أن الصليب يعمل. اختر ذرية الخنثى L4 المتقاطعة لأنها لم تتزاوج بعد مع أي ذكور على اللوحة. اتبعها عن كثب للتأكد من أن النمط الظاهري المرصود يطابق النمط الظاهري المتوقع.

ساعد فهم C. elegans في دورة الحياة والتطور في معالجة الأسئلة الأساسية المهمة في بيولوجيا الخلية.

موت الخلايا المبرمج في السلالة الجرثومية هو جزء لا يتجزأ من تكوين البويضات والتطور الجنيني وتكوين الأعضاء في العديد من الكائنات الحية ، بما في ذلك البشر. يتم حفظ العديد من منظمات موت الخلايا المبرمج بين البشر والديدان. لذلك ، C. elegans هو نظام فريد لفهم سبب موت العديد من الخلايا الجرثومية أثناء تكوين البويضات في أنواع متنوعة.

خطوط الخلايا الجذعية الوحيدة الحسنة النية في C. ايليجانس هي الخلايا الجذعية الجرثومية في الطرف البعيد. تم استخدامها كنموذج لفهم كيفية الحفاظ على منافذ الخلايا الجذعية وكيف تلتزم الخلايا بالتمايز.

تمر العديد من الديدان الخيطية الطفيلية التي تصيب البشر بتوقف اليرقات الذي يشبه مرحلة dauer في C. ايليجانس. بعد الإصابة ، يستأنفون النمو. كما يتم غزو العديد من المحاصيل الزراعية من قبل الديدان الخيطية الطفيلية التي تعتقل. سيؤدي الفهم الأفضل لآليات الداور إلى علاجات أفضل ضد هذه الديدان الخيطية.

لقد شاهدت للتو مقدمة JoVE ل C. elegans التطوير والتكاثر. في هذا الفيديو ، استعرضنا التطور الجنيني ومواصفات مصير الخلية ودورة حياة C. ايليجانس. أسفرت الأبحاث في هذه المجالات عن رؤى مهمة حول آليات موت الخلايا المبرمج والخلايا الجذعية والديدان الخيطية المعدية.

شكرا على المشاهدة ، ونتمنى لك السعادة في بحثك عن C. elegans.