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在 1960 年代,Sydney Brenner 率先使用秀丽隐杆线虫,特别是从英国布里斯托尔分离的 N2 菌株来研究动物神经生物学和发育1。从那时起,这种实验室参考菌株的开创性发现有助于揭示基本过程的调节,例如程序性细胞死亡2、器官发生 3,4,5、衰老 6,7、非编码 RNA 的基因调控8、9、10、11、完全两性二态性神经连接组的描述12,以及分子、细胞和发育生物学中的许多其他现象。辅以单细胞分辨率13,14 的几项“组学”研究,N2 可以说是最完整的描述后生动物。过去六十年来从研究 N2 中获得的丰富知识为探索调节遗传上不同的秀丽隐杆线虫野生同种型以及其他线虫物种发育的机制的进化多样化提供了跳板。迄今为止,已从世界各地分离出 500 多种秀丽隐杆线虫同种型,每种同种型都有独特的单倍型15。这一进展极大地促进了对导致数量性状变异的遗传因素的鉴定16,包括许多基因中的实验室来源等位基因,这些基因改变了 N2 中一系列行为和发育性状(例如,参考文献 17,18,19,20).因此,研究野生蠕虫可以为了解动物如何以影响发育、生理和行为的方式对环境做出反应提供重要的见解,并阐明动物的进化轨迹。秀丽隐杆线虫属的许多物种在形态上几乎与秀丽隐杆线虫没有区别 21,22,为研究发育系统漂移的分子机制提供了强大的平台23,24;然而,有趣的是,栖息在腐烂植物材料中的秀丽隐杆线虫的形态与其已知最接近的兄弟姐妹 C. inopinata 有很大不同,后者仅在无花果上发现,这可能是生态位适应的结果25。种内和种间比较研究将加深我们对这些动物进化史的理解。为了促进利用线虫提供的丰富自然资源来探索进化发育和行为生物学中的重要问题,这本文章集为分离、培养和研究秀丽隐杆线虫物种之外的野生蠕虫和线虫物种提供了有用的技术。
在这个方法集中,Tintori等人26 和Crombie等人27 提供了分离野生线虫的补充方法。Tintori等人描述了一种简单、经济高效的方法,用于使用Baermann漏斗在田间分离线虫。这种方法允许研究人员以公正的方式从基质(例如腐烂的果实、花朵和茎)中收集几乎整个线虫种群。相比之下,Crombie 等人提出了一种富集自花授粉的 Caenorhabditis 物种的方法,例如 秀丽隐杆线虫、 C. briggsae 和 C. tropicalis。此外,他们还提供了有关使用 Fulcrum 应用程序和 R 软件以有效跟踪和组织线虫样本以及相应生态数据的详细说明。在自然环境中研究线虫将为了解其生态学提供重要见解,从而塑造这些物种的复杂特征。
线虫在促进生态位适应的行为中表现出种内和种间变异,为研究行为可塑性和神经分化的遗传基础提供了极好的范式 28,29,30。Ackley等人31描述了一种稳健的测定方法,用于研究不同Caenorhabditis幼虫的dauer幼虫中的重力趋向性,这可能是一种扩散机制。由于引力行为可能受到其他感觉输入的影响32,Ackley等人31提供了一种简单且具有成本效益的方法来保护动物免受光和电磁场的影响,从而防止这些环境影响对引力行为的已知干扰。该测定将有助于研究线虫感觉统合的分子机制和传播策略的进化。
过去十年单细胞RNA测序技术的发展彻底改变了转录组学分析,使研究人员能够以高分辨率研究多细胞生物体的细胞异质性。在 秀丽隐杆线虫中,不同细胞类型的分离依赖于组织特异性荧光标记物和 FACS33 的表达,这限制了其对转基因工具不可用的其他线虫物种的应用。Woronik等人34 成功地部署了激光显微切割,在没有细胞标记的情况下从蠕虫中分离出组织。他们从秀 丽隐杆线虫 雄性和雌雄同体中分离出尾尖,并使用 CEL-Seq2 进行 RNA-seq 以研究尾部形态发生的机制;然而,值得注意的是,所描述的方法可以很容易地用于不同线虫物种中的其他组织类型,从而允许在组织特异性背景下进行比较转录组分析。
秀丽隐杆线虫和许多寄生线虫含有相似的结构。此外,许多主要的信号系统和发育途径在物种之间是保守的35,36。茎和球茎线虫 Ditylenchus dipsaci 是一种植物寄生线虫,影响全球 500 多种植物物种,造成粮食作物的毁灭性损失。Cammalleri 等人 37 描述了一种在豌豆植株中繁殖大量 D. dipsaci 种群的有效方法。作者还提供了一个详细的方案,用于识别可能通过损害蠕虫的流动性而作为杀线虫剂的小分子候选者。实验室培养的便利性加上最近可用的基因组序列38 使 D. dipsaci 成为与 C. elegans 进行比较研究的有用模型,从而有可能发现其生物学的新方面并制定有效的生物防治策略。
最后,Heryanto等人39提供了一种繁殖异藻细菌和Steinernema carpocapsae的方法,它们是昆虫致虫蠕虫,可以感染昆虫并表现出与肠道细菌的互惠互利关系。Heryanto 等人还展示了通过将 dsRNA 显微注射到性腺中来在细菌嗜血杆菌中获取 RNAi 的方法。之前的一项研究表明,Steinernema 胚胎发育缓慢,并且 Steinernema 胚胎发生过程中母体到合子的转变发生得比 Caenorhabditis 物种更早40。使用 Heryanto 等人描述的遗传工具进行的进一步比较研究 39 有望揭示这些远亲物种发育计划进化多样化的基础,以及对寄生进化的新见解。
本方法集中的文章为未来的比较和机制研究提供了线虫提供的强大系统样本。了解在进化过程中如何调整不同的生物过程以体现查尔斯·达尔文的“无尽的形式,最美丽、最美妙”,这是非常有趣的。