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Na década de 1960, Sydney Brenner foi pioneiro no uso de Caenorhabditis elegans, especificamente a cepa N2 isolada de Bristol, Reino Unido, para estudar neurobiologia e desenvolvimento animal1. Desde então, descobertas seminais com esta cepa de referência de laboratório têm sido fundamentais para desvendar a regulação de processos fundamentais como morte celular programada2, organogênese 3,4,5, envelhecimento 6,7, regulação gênica por RNAs não codificantes 8,9,10,11, a descrição de conectomas neurais sexualmente dimórficos completos 12, e muitos outros fenômenos em biologia molecular, celular e do desenvolvimento. Complementado por vários estudos "ômicos" com resolução de célula única13,14, o N2 é indiscutivelmente o metazoário mais completamente descrito. A riqueza de conhecimento adquirida com o estudo de N2 nas últimas seis décadas forneceu um trampolim para explorar a diversificação evolutiva do maquinário que modula o desenvolvimento em isótipos selvagens geneticamente distintos de C. elegans, bem como em outras espécies de nematóides. Até o momento, mais de 500 isotipos de C. elegans, cada um com um haplótipo único, foram isolados em todo o mundo15. Esse avanço facilitou muito a identificação dos fatores genéticos responsáveis pela variação nas características quantitativas16, incluindo alelos derivados em laboratório em muitos genes que modificam uma série de características comportamentais e de desenvolvimento em N2 (por exemplo, referências 17,18,19,20 ). Portanto, o estudo de vermes selvagens pode fornecer informações importantes sobre como os animais reagem ao ambiente de maneiras que influenciam o desenvolvimento, a fisiologia e os comportamentos e também iluminam as trajetórias evolutivas dos animais. Muitas espécies do gênero Caenorhabditis parecem virtualmente indistinguíveis morfologicamente de C. elegans21,22, fornecendo uma plataforma forte para estudar o mecanismo molecular da deriva do sistema de desenvolvimento23,24; no entanto, é interessante notar que a morfologia de C. elegans, que habita material vegetal em decomposição, difere substancialmente de seu irmão mais próximo conhecido, C. inopinata, encontrado apenas em figos, provavelmente como resultado da adaptação de nicho25. Estudos comparativos intra e interespécies aprofundarão nossa compreensão da história evolutiva desses animais. Com o objetivo de promover o uso do rico recurso natural que os nematóides oferecem para investigar questões importantes no desenvolvimento evolutivo e na biologia comportamental, esta coleção de artigos fornece técnicas úteis para isolar, cultivar e estudar vermes selvagens e espécies de nematóides fora das espécies de C. elegans.
Nesta Coleção de Métodos, Tintori et al.26 e Crombie et al.27 fornecem abordagens complementares para isolar nematóides selvagens. Tintori et al. descrevem um método simples e econômico para isolar nematóides no campo usando o funil de Baermann. Essa abordagem permite que os pesquisadores, de maneira imparcial, coletem quase toda a população de nematóides dos substratos (por exemplo, frutas, flores e caules podres). Em contraste, Crombie et al. apresentam um método que enriquece espécies de Caenorhabditis autofecundantes, como C. elegans, C. briggsae e C. tropicalis. Além disso, eles fornecem instruções detalhadas sobre o uso do aplicativo Fulcrum e do software R para rastrear e organizar efetivamente as amostras de nematóides, bem como os dados ecológicos correspondentes. Estudar os nematóides em seu contexto natural fornecerá informações importantes sobre sua ecologia, que molda as características complexas dessas espécies.
Os nematóides exibem variação intra e interespécies em comportamentos que facilitam a adaptação de nicho, fornecendo um excelente paradigma para estudar a base genética da plasticidade comportamental e neurodivergência 28,29,30. Ackley et al.31 descrevem um ensaio robusto para estudar a gravitaxia, que pode servir como mecanismo de dispersão, em larvas de dauer de diferentes espécies de Caenorhabditis. Como o comportamento gravitático pode ser influenciado por outras entradas sensoriais32, Ackley et al.31 fornecem uma maneira simples e econômica de proteger os animais da luz e dos campos eletromagnéticos, evitando assim a interferência conhecida dessas influências ambientais no comportamento gravitalógico. Este ensaio será útil para estudar o mecanismo molecular de integração sensorial e a evolução das estratégias de dispersão em nematóides.
O desenvolvimento de técnicas de sequenciamento de RNA de célula única na última década revolucionou as análises transcriptômicas, permitindo que os pesquisadores estudassem a heterogeneidade celular em organismos multicelulares em alta resolução. Em C. elegans, o isolamento de diferentes tipos de células depende da expressão de marcadores fluorescentes específicos do tecido e FACS33, que limitam sua aplicação a outras espécies de nematóides para as quais as ferramentas transgênicas não estão disponíveis. Woronik et al.34 implantam com sucesso a microdissecção a laser para isolar tecidos de vermes na ausência de marcadores celulares. Eles isolam as pontas da cauda de machos e hermafroditas de C. elegans e realizam RNA-seq usando CEL-Seq2 para investigar o mecanismo da morfogênese da cauda; No entanto, vale ressaltar que o método descrito pode ser prontamente adotado para outros tipos de tecidos em diferentes espécies de nematóides, permitindo análises comparativas do transcriptoma em um contexto específico do tecido.
C. elegans e muitos nematóides parasitas contêm estruturas semelhantes. Além disso, muitos dos principais sistemas de sinalização e vias de desenvolvimento são conservados entre as espécies35,36. O nematóide do caule e do bulbo, Ditylenchus dipsaci, é um nematóide parasita de plantas que afeta mais de 500 espécies de plantas em todo o mundo e causa perda devastadora de culturas alimentares. Cammalleri et al.37 descrevem um método eficaz para propagar uma grande população de D. dipsaci em plantas de ervilha. Os autores também fornecem um protocolo detalhado para identificar candidatos a moléculas pequenas que podem servir como nematocidas, prejudicando a mobilidade dos vermes. A facilidade de cultivo em laboratório, juntamente com a sequência genômica recentemente disponível38, tornam D. dipsaci um modelo útil para estudos comparativos com C. elegans, tornando possível descobrir novos aspectos de sua biologia e desenvolver estratégias eficazes para o biocontrole.
Por fim, Heryanto et al.39 fornecem um método para propagar Heterorhabditis bacteriophora e Steinernema carpocapsae, que são vermes entomopatogênicos que infectam insetos e exibem associação mutualística com as bactérias em seus intestinos. Heryanto et al. também demonstram métodos para RNAi em H. bacteriophora por microinjeção de dsRNA na gônada. Um estudo anterior mostrou que os embriões de Steinernema são de desenvolvimento lento e que a transição materna para zigótica ocorre mais cedo durante a embriogênese em Steinernema do que na espécie Caenorhabditis 40. Estudos comparativos adicionais usando as ferramentas genéticas descritas por Heryanto et al. 39 prometem revelar a base da diversificação evolutiva dos programas de desenvolvimento nessas espécies distantemente relacionadas, bem como novos insights sobre a evolução do parasitismo.
Os artigos desta Coleção de Métodos fornecem amostradores do poderoso sistema que os nematóides oferecem para futuros estudos comparativos e mecanicistas. É de grande interesse entender como diversos processos biológicos são ajustados durante a evolução para manifestar as "infinitas formas mais belas e maravilhosas" de Charles Darwin.