$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
W latach sześćdziesiątych XX wieku Sydney Brenner był pionierem w stosowaniu Caenorhabditis elegans, a konkretnie szczepu N2 wyizolowanego z Bristolu w Wielkiej Brytanii, do badania neurobiologiii rozwoju zwierząt. Od tego czasu przełomowe odkrycia z tym laboratoryjnym szczepem referencyjnym odegrały zasadniczą rolę w rozwikłaniu regulacji podstawowych procesów, takich jak programowana śmierć komórki2, organogeneza 3,4,5, starzeniesię 6,7, regulacja genów przez niekodujące RNA 8,9,10,11, opis kompletnych dymorficznych płciowo konektomów nerwowych12 i wiele innych zjawisk w biologii molekularnej, komórkowej i rozwojowej. Uzupełniony kilkoma badaniami "omicznymi" w rozdzielczości pojedynczej komórki 13,14, N2 jest prawdopodobnie najbardziej kompletnie opisanym metazoanem. Bogactwo wiedzy zdobytej podczas badań nad N2 w ciągu ostatnich sześciu dekad stanowiło punkt wyjścia do zbadania ewolucyjnego zróżnicowania mechanizmu, który moduluje rozwój genetycznie odrębnych dzikich izotypów C. elegans, a także innych gatunków nicieni. Do tej pory wyizolowano ponad 500 izotypów C. elegans, z których każdy ma unikalny haplotyp, z całegoświata15. Postęp ten znacznie ułatwił identyfikację czynników genetycznych odpowiedzialnych za zmienność cech ilościowych16, w tym laboratoryjnych alleli w wielu genach, które modyfikują szereg cech behawioralnych i rozwojowych w N2 (np. Referencje 17,18,19,20). W związku z tym badanie dzikich robaków może dostarczyć ważnych informacji na temat tego, jak zwierzęta reagują na środowisko w sposób, który wpływa na rozwój, fizjologię i zachowania, a także rzucić światło na trajektorie ewolucyjne zwierząt. Wiele gatunków z rodzaju Caenorhabditis wydaje się praktycznie nie do odróżnienia morfologicznego od C. elegans21,22, co stanowi silną platformę do badania molekularnego mechanizmu dryfu systemu rozwojowego23,24; Warto jednak zauważyć, że morfologia C. elegans, który zamieszkuje gnijący materiał roślinny, różni się znacznie od swojego najbliższego znanego rodzeństwa, C. inopinata, znalezionego tylko na figach, prawdopodobnie w wyniku adaptacji niszowej25. Badania porównawcze wewnątrz- i międzygatunkowe pogłębią naszą wiedzę na temat historii ewolucji tych zwierząt. Mając na celu promowanie wykorzystania bogatych zasobów naturalnych, które oferują nicienie, do badania ważnych pytań w ewolucyjnej biologii rozwojowej i behawioralnej, ten zbiór artykułów zawiera przydatne techniki izolacji, hodowli i badania dzikich robaków i gatunków nicieni poza gatunkami C. elegans.
W tym zbiorze metod, Tintori i wsp.26 oraz Crombie i wsp.27 przedstawiają uzupełniające się podejścia do izolowania dzikich nicieni. Tintori i wsp. opisują prostą, opłacalną metodę izolowania nicieni w terenie za pomocą lejka Baermanna. Takie podejście pozwala naukowcom, w bezstronny sposób, zebrać prawie całą populację nicieni z substratów (np. gnijących owoców, kwiatów i łodyg). Natomiast Crombie i in. przedstawiają metodę, która wzbogaca samozapładniające się gatunki Caenorhabditis, takie jak C. elegans, C. briggsae i C. tropicalis. Dodatkowo zawierają szczegółowe instrukcje dotyczące korzystania z aplikacji Fulcrum i oprogramowania R w celu skutecznego śledzenia i organizowania próbek nicieni, a także odpowiednich danych ekologicznych. Badanie nicieni w ich naturalnym kontekście dostarczy ważnych informacji na temat ich ekologii, która kształtuje złożone cechy tych gatunków.
Nicienie wykazują wewnątrz- i międzygatunkową zmienność zachowań, która ułatwia adaptację niszową, zapewniając doskonały paradygmat do badania genetycznych podstaw plastyczności behawioralnej i neuroróżnorodności 28,29,30. Ackley i wsp.31 opisują solidny test do badania grawitaksji, która może służyć jako mechanizm dyspersji u larw dauer różnych gatunków Caenorhabditis. Ponieważ na zachowanie grawitaktyczne mogą wpływać inne bodźce sensoryczne32, Ackley i wsp.31 zapewniają prosty i opłacalny sposób ochrony zwierząt przed światłem i polami elektromagnetycznymi, zapobiegając w ten sposób znanej interferencji tych wpływów środowiskowych na zachowanie grawitaktyczne. Test ten będzie przydatny do badania molekularnego mechanizmu integracji sensorycznej i ewolucji strategii dyspersji u nicieni.
Rozwój technik sekwencjonowania RNA pojedynczych komórek w ciągu ostatniej dekady zrewolucjonizował analizy transkryptomiczne, umożliwiając naukowcom badanie heterogeniczności komórkowej w organizmach wielokomórkowych w wysokiej rozdzielczości. U C. elegans izolacja różnych typów komórek opiera się na ekspresji specyficznych tkankowo markerów fluorescencyjnych i FACS33, które ograniczają jego zastosowanie do innych gatunków nicieni, dla których narzędzia transgeniczne nie są dostępne. Woronik i wsp.34 z powodzeniem wykorzystują mikrodysekcję laserową do izolowania tkanek od robaków przy braku markerów komórkowych. Izolują końcówki ogonów od samców C. elegans i hermafrodytów i przeprowadzają sekwencję RNA za pomocą CEL-Seq2 w celu zbadania mechanizmu morfogenezy ogona; Warto jednak zauważyć, że opisana metoda może być łatwo zastosowana do innych typów tkanek u różnych gatunków nicieni, umożliwiając porównawcze analizy transkryptomu w kontekście specyficznym dla tkanki.
C. elegans i wiele pasożytniczych nicieni ma podobne struktury. Ponadto między gatunkami zachowało się wiele głównych systemów sygnalizacyjnych i ścieżek rozwojowych35,36. Nicień łodygowy i cebulowy, Ditylenchus dipsaci, jest pasożytniczym nicieniem pasożytniczym na roślinach atakującym ponad 500 gatunków roślin na całym świecie, który powoduje niszczycielską utratę plonów żywności. Cammalleri i wsp.37 opisują skuteczną metodę rozmnażania dużej populacji D. dipsaci w roślinach grochu. Autorzy przedstawili również szczegółowy protokół identyfikacji kandydatów na małe cząsteczki, które mogą służyć jako nicienie, upośledzając ruchliwość robaków. Łatwość hodowli laboratoryjnej w połączeniu z niedawno dostępną sekwencją genomu38 sprawiają, że D. dipsaci jest użytecznym modelem do badań porównawczych z C. elegan, umożliwiając odkrycie nowych aspektów jego biologii i opracowanie skutecznych strategii kontroli biologicznej.
Wreszcie, Heryanto i wsp.39 podają metodę rozmnażania Heterorhabditis bacteriophora i Steinernema carpocapsae, które są entomofatetogennymi robakami, które infekują owady i wykazują wzajemny związek z bakteriami w ich jelitach. Heryanto i wsp. demonstrują również metody oznaczania RNAi w H. bacteriophora poprzez mikrowstrzykiwanie dsRNA do gonady. Poprzednie badanie wykazało, że zarodki Steinernema rozwijają się powoli, a przejście od matki do zygoty zachodzi wcześniej podczas embriogenezy u Steinernema niż u gatunków Caenorhabditis 40. Dalsze badania porównawcze z wykorzystaniem narzędzi genetycznych opisanych przez Heryanto i wsp.39 obiecują ujawnić podstawy ewolucyjnego zróżnicowania programów rozwojowych u tych daleko spokrewnionych gatunków, a także nowe spojrzenie na ewolucję pasożytnictwa.
Artykuły zawarte w tym zbiorze metod dostarczają próbek potężnego systemu, jaki nicienie oferują do przyszłych badań porównawczych i mechanistycznych. Bardzo interesujące jest zrozumienie, w jaki sposób różne procesy biologiczne są dostrojone podczas ewolucji, aby zamanifestować "nieskończone formy, najpiękniejsze i najwspanialsze" Karola Darwina.