$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
В 1960-х годах Сидней Бреннер впервые использовал Caenorhabditis elegans, в частности штамм N2, выделенный из Бристоля, Великобритания, для изучения нейробиологиии развития животных. С тех пор основополагающие открытия с использованием этого лабораторного эталонного штамма сыграли важную роль в разгадке регуляции фундаментальных процессов, таких как запрограммированная гибель клеток2, органогенез 3,4,5, старение 6,7, регуляция генов некодирующими РНК 8,9,10,11, описание полных полового диморфизма нейронных коннектомов 12 и многие другие явления в молекулярной, клеточной биологии и биологии развития. Дополненный несколькими «омическими» исследованиями с разрешением13,14 для одиночных клеток, N2, возможно, является наиболее полно описанным многоклеточным. Богатство знаний, полученных в результате изучения N2 за последние шесть десятилетий, послужило трамплином для изучения эволюционной диверсификации механизма, который модулирует развитие генетически различных диких изотипов C. elegans, а также других видов нематод. На сегодняшний день со всего мира выделено более 500 изотипов C. elegans, каждый из которых обладает уникальным гаплотипом15. Этот прогресс значительно облегчил идентификацию генетическихфакторов, ответственных за изменчивость количественных признаков, включая полученные в лаборатории аллели во многих генах, которые модифицируют набор поведенческих черт и признаков развития у N2 (например, ссылки 17,18,19,20). Следовательно, изучение диких червей может дать важную информацию о том, как животные реагируют на окружающую среду таким образом, что это влияет на развитие, физиологию и поведение, а также освещает эволюционные траектории животных. Многие виды рода Caenorhabditis выглядят практически неотличимыми морфологически от C. elegans21,22, что обеспечивает прочную платформу для изучения молекулярного механизма дрейфа систем развития23,24; тем не менее, интересно отметить, что морфология C. elegans, который обитает в гниющем растительном материале, существенно отличается от его ближайшего известного собрата, C. inopinata, обнаруженного только на инжире, вероятно, в результате адаптации ниши25. Внутривидовые и межвидовые сравнительные исследования углубят наше понимание эволюционной истории этих животных. С целью содействия использованию богатых природных ресурсов, которые нематоды предлагают для исследования важных вопросов эволюционной биологии развития и поведенческой биологии, в этом сборнике статей представлены полезные методы для выделения, культивирования и изучения диких червей и видов нематод за пределами видов C. elegans.
В этой коллекции методов Tintori et al.26 и Crombie et al.27 предлагают дополнительные подходы к выделению диких нематод. Tintori et al. описывают простой и экономически эффективный метод выделения нематод в полевых условиях с помощью воронки Бермана. Этот подход позволяет исследователям непредвзятым образом собирать почти всю популяцию нематод из субстратов (например, гниющих фруктов, цветов и стеблей). В противоположность этому, Crombie et al. представляют метод, который обогащает самоопыляющиеся виды Caenorhabdisitis , такие как C. elegans, C. briggsae и C. tropicalis. Кроме того, они содержат подробные инструкции по использованию приложения Fulcrum и программного обеспечения R для эффективного отслеживания и организации образцов нематоды, а также соответствующие экологические данные. Изучение нематод в их естественном контексте даст важную информацию об их экологии, которая формирует сложные черты у этих видов.
Нематоды демонстрируют внутри- и межвидовую изменчивость в поведении, которая способствует адаптации ниши, обеспечивая прекрасную парадигму для изучения генетической основы поведенческой пластичности и нейроотличий 28,29,30. Ackley et al.31 описывают надежный анализ для изучения gravitaxis, который может служить механизмом рассеивания у личинок Дауэра различных видов Caenorhabditis. Поскольку гравитаксическое поведение может подвергаться влиянию других сенсорных входных данных32, Экли и др.31 предлагают простой и экономически эффективный способ защиты животных от света и электромагнитных полей, тем самым предотвращая известную интерференцию этих воздействий окружающей среды на гравитаксическое поведение. Этот анализ будет полезен для изучения молекулярного механизма сенсорной интеграции и эволюции стратегий рассеивания у нематод.
Развитие методов секвенирования РНК одиночных клеток за последнее десятилетие произвело революцию в транскриптомном анализе, позволив исследователям изучать клеточную гетерогенность в многоклеточных организмах с высоким разрешением. У C. elegans выделение различных типов клеток основано на экспрессии тканеспецифичных флуоресцентных маркеров и FACS33, что ограничивает его применение другими видами нематод, для которых трансгенные инструменты недоступны. Woronik et al.34 успешно применяют лазерную микродиссекцию для выделения тканей от червей в отсутствие клеточных маркеров. Они выделяют кончики хвостов у самцов и гермафродитов C. elegans и выполняют РНК-секвенирование с использованием CEL-Seq2 для исследования механизма морфогенеза хвоста; Тем не менее, стоит отметить, что описанный метод может быть легко принят для других типов тканей у различных видов нематод, что позволяет проводить сравнительный анализ транскриптома в тканеспецифическом контексте.
C. elegans и многие паразитические нематоды содержат схожие структуры. Кроме того, многие основные сигнальные системы и пути развития сохраняются между видами35,36. Стеблевая и луковичная нематода, Ditylenchus dipsaci, является паразитической нематодой, поражающей более 500 видов растений во всем мире, что приводит к разрушительной потере продовольственных культур. Cammalleri et al.37 описывают эффективный метод размножения большой популяции D. dipsaci в растениях гороха. Авторы также предоставляют подробный протокол для идентификации низкомолекулярных кандидатов, которые могут служить в качестве нематоцидов, нарушая подвижность червей. Простота лабораторного выращивания в сочетании с недавно доступной последовательностью генома38 делают D. dipsaci полезной моделью для сравнительных исследований с C. elegans, что позволяет раскрыть новые аспекты его биологии и разработать эффективные стратегии биоконтроля.
Наконец, Heryanto et al.39 предлагают метод размножения Heterorhabditis bacteriophora и Steinernema carpocapsae, которые являются энтомофагенными червями, заражающими насекомых и проявляющими мутуалистическую связь с бактериями в их кишечнике. Heryanto et al. также демонстрируют методы получения РНК-интерференции у H. bacteriophora путем микроинъекции дцРНК в гонаду. Предыдущее исследование показало, что эмбрионы Steinernema развиваются медленно и что переход от матери к зиготическому происходит раньше во время эмбриогенеза у Steinernema, чем у Caenorhabditis вида 40. Дальнейшие сравнительные исследования с использованием генетических инструментов, описанных Heryanto et al.39, обещают выявить основы эволюционной диверсификации программ развития у этих отдаленно родственных видов, а также новые взгляды на эволюцию паразитизма.
Статьи в этой коллекции методов представляют собой образцы мощной системы, которую нематоды предлагают для будущих сравнительных и механистических исследований. Очень интересно понять, как различные биологические процессы настраиваются в ходе эволюции, чтобы проявить «бесконечные формы, самые красивые и самые удивительные» Чарльза Дарвина.