今天要跟大家介绍的是小编的一位老朋友——线虫动物门的秀丽隐杆线虫(Caenorhabditis elegans,C. elegans)。之所以说老朋友,是因为小编已经与它打交道超过3年的时间了,一直想找个机会给大家介绍介绍它。
有些小伙伴首先注意到的是它的中文名字「秀丽」(还挺好听的),这其实来自于它的英文「elegans」,也就是「优雅」的意思。这个名字是由1900年首次发现它的法国学者Émile Maupas所取的,而且也取得非常地贴切。
运动体态优美的秀丽线虫之前也提到过,秀丽线虫属于线虫动物门,而与它同门的亲戚其中之一就是人尽皆之臭名昭著的蛔虫(Acaris lumbricoides)。但是,秀丽线虫可与这些专营寄生的「倒霉亲戚」不同,它是一种非寄生的线虫,主要以细菌为食,因此不具有任何致病性。
尽管在1900年已经被发现,但是真正让秀丽线虫成为热门的模式生物,还得归功于Sydney Brenner于1963年对线虫进行的发育生物学和神经科学的研究。之后的五十多年的时间里,已经有三个获诺贝尔奖的发现是直接应用它来进行的研究,可见它对于科学界的重要性。
秀丽线虫的成虫通体透明,只有约1毫米的长度,寿命约两到三周,而生殖周期则更短——只有3天,每条成虫可以产生约300个左右的卵,所以我们可以在实验室中以短时间大批量地产生需要的实验线虫,因此它非常适合用来进行实验研究(一般我们在实验室中会先在琼脂盘上养上大肠杆菌,然后秀丽线虫就可以在上面生存了)
培养秀丽线虫的琼脂盘(图片出处见盘标)同时,秀丽线虫还有一个十分独特的性别系统,它的两个性别分别是雄性和雌雄同体。
雌雄同体的线虫自身既含有精巢也有卵巢,所以可以在没有雄性的情况下实现自体繁殖;而雄性线虫只有一套生殖系统,所以不能实现自体繁殖,只能通过与雌雄同体的线虫交配进行双性繁殖。这一点对于我们利用线虫进行实验研究具有十分重要的意义。一般情况下我们通过培养雌雄同体的线虫,并利用它的自体繁殖,就可以保证这一线虫基因型进行稳定遗传,不会变;另一方面,雄性的存在,也可以为我们通过杂交在线虫中引入其它的基因型提供便利。
不同时期的秀丽线虫(图片出处www.wormbook.org)当然,利用秀丽线虫进行研究的优点可不止以上这些。秀丽线虫的基因组非常的小,只有1亿个碱基对,基因组内包含了6条染色体和1条线粒体基因组,因此秀丽线虫成为了世界上第一种完成全基因测序的多细胞生物(1998年发表)。
另外还有一个「一」更加的了不起—秀丽线虫是当今世界唯一的一个身体中所有细胞都能被逐个盘点归类的生物。什么意思呢?我们都知道生物个体一开始都是由受精卵的一个细胞,通过不断的细胞分裂与分化发育而成的,简单来说就是「一分二、二分四、四分八……」。雌雄同体的秀丽线虫成虫有959个体细胞(雄虫有1031个),而这959个细胞分别是由哪个细胞分裂而来、位置在哪,科学家们都已经一一确定。这一项伟大的工作是由Brenner实验室的另一名英国科学家John Sulston于1983年完成的。大家要知道,在七八十年到的时候,我们还没有如今的种种先进仪器,Sulston是如何一个个确定并绘制这些细胞的谱系图的呢?没错,全靠肉眼数!Sulston就在显微镜中,从一个受精卵开始,一步一步地硬是一直数到了成虫总共1090个细胞(其中有131个细胞在发育过程中发生了凋亡),并把这每一个细胞的谱系和位置都绘制了出来。可见下图。
Sulston在显微镜下观察的秀丽线虫受精卵(SulstonJ等,1983) Sulston绘制的分裂开始270分钟的秀丽线虫受精卵(SulstonJ等,1983)正因为Sulston以坚忍不拔的毅力完成的这个成果,使得科学家们能够在活体线虫的单个细胞水平上进行遗传发育调控机制的研究。在Sulston的基础上,美国科学家Robert Horvitz等在线虫中揭示了细胞程序性死亡(凋亡)的遗传调控机理。所以在2002年,为了表彰Brenner、Sulston和Horvitz三人的突出贡献,他们共同分享了当年的诺贝尔生理学或医学奖。
如今,科学家们利用秀丽线虫进行着各种方面的研究,包括细胞凋亡机理、细胞的基本活动、神经系统发育、人类基因功能与疾病、衰老,甚至动物睡眠研究等各方面,可谓贡献卓越。
文章的最后给大家欣赏一张小编曾经拍摄的以不同脂质荧光染料染色秀丽线虫的照片吧!
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