$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
In den 1960er Jahren leistete Sydney Brenner Pionierarbeit bei der Verwendung von Caenorhabditis elegans, insbesondere des N2-Stammes, der aus Bristol, Großbritannien, isoliert wurde, um die Neurobiologie und Entwicklung von Tieren zu untersuchen1. Seitdem haben bahnbrechende Entdeckungen mit diesem Laborreferenzstamm maßgeblich dazu beigetragen, die Regulation grundlegender Prozesse wie den programmierten Zelltod2, die Organogenese 3,4,5, das Altern 6,7, die Genregulation durch nicht-kodierende RNAs 8,9,10,11 und die Beschreibung vollständiger sexuell dimorpher neuronaler Konnektome zu entschlüsseln12 und viele andere Phänomene in der Molekular-, Zell- und Entwicklungsbiologie. Ergänzt durch mehrere "omische" Studien mit Einzelzellauflösung13,14 ist N2 wohl das am vollständigsten beschriebene Metazoen. Der Reichtum an Wissen, das in den letzten sechs Jahrzehnten durch die Erforschung von N2 gewonnen wurde, hat ein Sprungbrett für die Erforschung der evolutionären Diversifizierung der Maschinerie geschaffen, die die Entwicklung in genetisch unterschiedlichen wilden Isotypen von C. elegans sowie in anderen Nematodenarten moduliert. Bisher wurden mehr als 500 C. elegans-Isotypen mit jeweils einem einzigartigen Haplotyp aus der ganzen Welt isoliert15. Dieser Fortschritt hat die Identifizierung der genetischen Faktoren, die für die Variation der quantitativen Merkmale verantwortlich sind, erheblich erleichtert16, einschließlich laborabgeleiteter Allele in vielen Genen, die eine Reihe von Verhaltens- und Entwicklungsmerkmalen in N2 modifizieren (z. B. Referenzen17, 18, 19, 20). Daher kann die Untersuchung von Wildwürmern wichtige Erkenntnisse darüber liefern, wie Tiere auf ihre Umwelt reagieren, die die Entwicklung, Physiologie und Verhaltensweisen beeinflussen und auch die evolutionäre Entwicklung der Tiere beleuchten. Viele Arten der Gattung Caenorhabditis scheinen morphologisch praktisch nicht von C. elegans zu unterscheiden zu sein 21,22 und bieten eine starke Plattform für die Untersuchung des molekularen Mechanismus der Drift des Entwicklungssystems 23,24; Es ist jedoch interessant festzustellen, dass sich die Morphologie von C. elegans, die verrottendes Pflanzenmaterial bewohnt, erheblich von seinem nächsten bekannten Geschwister, C. inopinata, unterscheidet, der nur auf Feigen gefunden wurde, wahrscheinlich als Ergebnis von Nischenanpassung25. Intra- und interspeziesvergleichende Studien werden unser Verständnis der Evolutionsgeschichte dieser Tiere vertiefen. Mit dem Ziel, die Nutzung der reichhaltigen natürlichen Ressource zu fördern, die Nematoden bieten, um wichtige Fragen der evolutionären Entwicklungs- und Verhaltensbiologie zu untersuchen, bietet diese Artikelsammlung nützliche Techniken zur Isolierung, Kultivierung und Untersuchung von wilden Würmern und Nematodenarten außerhalb der C. elegans-Arten.
In dieser Methodensammlung bieten Tintori et al.26 und Crombie et al.27 komplementäre Ansätze zur Isolierung wilder Nematoden. Tintori et al. beschreiben eine einfache, kostengünstige Methode zur Isolierung von Nematoden im Feld mit Hilfe des Baermann-Trichters. Dieser Ansatz ermöglicht es den Forschern, auf unvoreingenommene Weise fast die gesamte Nematodenpopulation aus den Substraten (z. B. verrottende Früchte, Blüten und Stängel) zu sammeln. Im Gegensatz dazu stellen Crombie et al. eine Methode vor, die selbstbefruchtende Caenorhabditis-Arten wie C. elegans, C. briggsae und C. tropicalis anreichert. Darüber hinaus geben sie detaillierte Anweisungen zur Verwendung der Fulcrum-App und der R-Software, um die Nematodenproben sowie die entsprechenden ökologischen Daten effektiv zu verfolgen und zu organisieren. Die Untersuchung von Nematoden in ihrem natürlichen Kontext wird wichtige Einblicke in ihre Ökologie liefern, die die komplexen Merkmale dieser Arten prägt.
Nematoden weisen Intra- und Interspezies-Variationen in Verhaltensweisen auf, die die Nischenanpassung erleichtern, und bieten ein hervorragendes Paradigma für die Untersuchung der genetischen Grundlagen von Verhaltensplastizität und Neurodivergenz 28,29,30. Ackley et al.31 beschreiben einen robusten Assay zur Untersuchung der Schwerkraft, die als Ausbreitungsmechanismus dienen kann, bei Dauerlarven verschiedener Caenorhabditis-Arten. Da das gravittaktische Verhalten durch andere sensorische Eingaben32 beeinflusst werden kann, bieten Ackley et al.31 eine einfache und kostengünstige Möglichkeit, die Tiere vor Licht und elektromagnetischen Feldern abzuschirmen und dadurch die bekannte Interferenz dieser Umwelteinflüsse mit gravitanischem Verhalten zu verhindern. Dieser Assay wird nützlich sein, um den molekularen Mechanismus der sensorischen Integration und die Evolution von Ausbreitungsstrategien bei Nematoden zu untersuchen.
Die Entwicklung von Einzelzell-RNA-Sequenzierungstechniken in den letzten zehn Jahren hat die transkriptomische Analyse revolutioniert und ermöglicht es Forschern, die zelluläre Heterogenität in mehrzelligen Organismen mit hoher Auflösung zu untersuchen. In C. elegans beruht die Isolierung verschiedener Zelltypen auf der Expression von gewebespezifischen Fluoreszenzmarkern und FACS33, was die Anwendung auf andere Nematodenarten beschränkt, für die transgene Werkzeuge nicht verfügbar sind. Woronik et al.34 setzen erfolgreich die Lasermikrodissektion ein, um Gewebe von Würmern in Abwesenheit von zellulären Markern zu isolieren. Sie isolieren Schwanzspitzen von C . elegans-Männchen und Hermaphroditen und führen RNA-Seq mit CEL-Seq2 durch, um den Mechanismus der Schwanzmorphogenese zu untersuchen; Es ist jedoch erwähnenswert, dass die beschriebene Methode ohne weiteres auf andere Gewebetypen in verschiedenen Nematodenarten übertragen werden kann, was vergleichende Transkriptomanalysen in einem gewebespezifischen Kontext ermöglicht.
C. elegans und viele parasitäre Nematoden enthalten ähnliche Strukturen. Darüber hinaus sind viele wichtige Signalsysteme und Entwicklungswege zwischen den Arten konserviert35,36. Der Stängel- und Zwiebelnematod, Ditylenchus dipsaci, ist ein pflanzenparasitärer Nematod, der weltweit über 500 Pflanzenarten befällt und verheerende Verluste an Nahrungspflanzen verursacht. Cammalleri et al.37 beschreiben eine effektive Methode zur Vermehrung einer großen Population von D. dipsaci in Erbsenpflanzen. Die Autoren stellen auch ein detailliertes Protokoll zur Identifizierung von niedermolekularen Kandidaten vor, die als Nematozide dienen können, indem sie die Beweglichkeit der Würmer beeinträchtigen. Die einfache Kultivierung im Labor in Verbindung mit der kürzlich verfügbaren Genomsequenz38 machen D. dipsaci zu einem nützlichen Modell für vergleichende Studien mit C. elegan, das es ermöglicht, neue Aspekte seiner Biologie aufzudecken und wirksame Strategien zur biologischen Kontrolle zu entwickeln.
Schließlich stellen Heryanto et al.39 eine Methode zur Vermehrung von Heterorhabditis bacteriophora und Steinernema carpocapsae vor, bei denen es sich um entomophathogene Würmer handelt, die Insekten infizieren und eine mutualistische Assoziation mit den Bakterien in ihrem Darm aufweisen. Heryanto et al. demonstrieren auch Methoden für RNAi in H. bacteriophora , indem sie dsRNA in die Gonade mikroinjizieren. Eine frühere Studie zeigte, dass sich Steinernema-Embryonen langsam entwickeln und dass der Übergang von der Mutter zur Zygotik bei Steinernema früher während der Embryogenese stattfindet als bei Caenorhabditis-Spezies 40. Weitere vergleichende Studien mit den von Heryanto et al. 39 beschriebenen genetischen Werkzeugen versprechen die Grundlagen der evolutionären Diversifizierung der Entwicklungsprogramme bei diesen entfernt verwandten Arten sowie neue Einblicke in die Evolution des Parasitismus.
Die Artikel in dieser Methodensammlung bieten Sampler des leistungsfähigen Systems, das Nematoden für zukünftige vergleichende und mechanistische Studien bieten. Es ist von großem Interesse zu verstehen, wie verschiedene biologische Prozesse im Laufe der Evolution aufeinander abgestimmt sind, um Charles Darwins "endlose Formen, die schönsten und wunderbarsten" zu manifestieren.