超级军网另类小白鼠——秀丽隐杆线虫
来源：百度文库 编辑：超级军网 时间：2024/05/04 17:57:42
声名：本文已发表在《临床医师科研与实践指导手册》，陕西师范大学出版社，2010年。谢绝转载，致歉。
“How genes might specify the complex structures found in higher organisms is a major unsolved problem of biology.’’
--Sydney Brenner
正如Sydney Brenner在三十多年前所讲，自1950至1960年代，人类在遗传物质的结构和遗传信息编码规律的研究上取得前所未有的突破以来，生命科学的主要问题转向研究基因是如何控制复杂的生命活动。这一浪潮推动了1970年代以来发育生物学的大发展，直至今天也仍然是生命科学关注的核心。发育生物学的发展，要求新的、合适的研究模型，催生了线虫、拟南芥等一批新的模式生物的出现，为现今模式生物研究在生命科学界的地位奠定了基础。
秀丽隐杆线虫（Caenorhabditis elegans）是一种能够在温和环境中独立生存的土壤线虫，以微生物如大肠杆菌（E. coli）等为食。进化上属无脊椎动物线虫门。形态为蠕虫状、两侧对称，长约1mm，体表有一层角质层覆盖物，半透明，无分节，有四条主要的表皮索状组织及一个充满体液的假体腔。C. elegans基本解剖构造包括一个口、咽、肠、性腺，及胶原蛋白角质层。有雄性及雌雄同体（hermaphrodite）两种性别。雄性有一个单叶性腺、输精管及一个特化为交配用的尾部；雌雄同体有两个卵巢、输卵管、藏精器，及单个子宫（图1）。自然界中，绝大多数个体为雌雄同体，雄性仅占0.05%。
C. elegans的卵在雌雄同体体内受精，而后被排除体外，独立进行胚胎发育。孵化后的幼虫要经过L1-L4四个阶段的胚后发育才完全成熟，具备繁殖能力。如果在幼虫早期遇到食物不足等环境胁迫，线虫在L2之后进入另一种幼虫期，形成dauer幼虫。dauer的生理活动减慢，具有很强的抗逆性并能延长寿命。当环境好转食物充足时，dauer重新恢复生活力，进入L4期发育（图2）。雌雄同体先在L4期产生全部的精子，存于储精囊内；而后发生性转变，在成虫期产生卵，因此雌雄同体能够独立繁殖。雄性能够与雌雄同体交配，且来自雄性的精子更有竞争力。自交的雌雄同体能够产大约300枚卵，而交配后的一生能产超过1000枚。C. elegans的生命周期受环境温度的影响，在20 °C时，胚胎发育和胚后发育一共只要2-3天就能完成，而寿命也只有两三周。C. elegans有五对常染色体和一对性染色体。性别决定基于XO性别决定系统，即雌雄同体有一对性染色体（XX），而雄性只有一条性染色体（XO）。
1900年，Maupas最早把分离到的这种蠕虫命名为Rhabditis elegans；1955年，Dougherty最终把它命名为Caenorhabditis elegans。Staniland从英格兰分离到的N2 Bristol品系，1965年被定为参考种，目前在科研中广泛使用。在此过程中，Dougherty建立了线虫的琼脂板接种大肠杆菌的实验室培养方法。到1960年代，Brenner在和Crick等人一起确立了遗传学的中心法则后，感到分子生物学的主要问题已经解决，而当时的生物学家认为“人脑是生命科学研究的最后堡垒”。因此，Brenner试图找一种比果蝇简单的但又具有神经的多细胞生物来探索神经发育的遗传调控机制。经过比较和尝试后，他最终选择了C. elegans为发育研究的模式生物（Brenner，2003）。
以C. elegans为研究模型具有很多优点。首先，线虫是一种非常简单多细胞真核生物。线虫结构简单且通身透明，观察起来十分容易。更重要的是，它的体细胞数目恒定，雌雄同体的成虫含有959个体细胞和约2000个生殖细胞；雄性成虫有1031个体细胞和约1000个生殖细胞（Sulston等，1977）。人们已经建立了完整的线虫从受精卵到所有成体细胞的谱系图，为研究组织和器官的发育建立了基础。
图3. 线虫胚胎发育中的肠细胞谱系
其次，线虫生活周期短，从一个受精卵发育成可以产卵的成虫只需要两三天，节约了实验所消耗的时间；繁殖力强，每个雌雄同体能产生约300个后代，提供了足够遗传筛选的群体；个体小，能在细菌培养皿上生长，在实验室中只要有一台解剖显微镜，一只自制的铂金丝小铲，就可以进行线虫的实验操作。此外，线虫可以像动物培养细胞一样储存在-80℃冰箱或液氮中，这就为在实验室中保存大量的线虫株系提供了极大的便利（Qin等，2006）。
第三，由于具有雄性和雌雄同体这两种性别，线虫在遗传研究上具有无可比拟的优势。一方面，不同遗传背景的秀丽线虫可以像果蝇等模式动物一样进行遗传交配，进行遗传分析或获得具有多种性状的个体；另一方面，经突变或交配产生的新性状无需再经交配，只需雌雄同体自交继代就可以保持（Qin等，2006）。
线虫是第一种完成全基因组测序的多细胞生物，早在1998年，人们就完成了线虫全基因组的测定和拼接。线虫的基因组共有大约9.7×107个碱基，包含近20 000个蛋白编码基因，近年来还发现许多转录形成small RNA的基因，这类预计有16 000个（The C. elegans Sequencing Consortium，1998）。线虫的基因组和基因的数量都远比人（大约3×109 bp和35 000个蛋白编码基因）的要少，染色体也一共只有六条，便于进行遗传分析和基因的图位克隆。
而且，长期以来研究人员分离和收集了许多与C. elegans亲缘相近的其它种类的线虫，如C. briggsae、C. remane、C. japonica、C. brenneri等，其中C. briggsae的全基因组测序已经在2003年完成（Stein等，2003）。通过对近源线虫类群间基因组序列或编码蛋白序列的比对，人们发展了进化生物学和功能基因组学领域的研究。
线虫还是有最简单的神经系统的生物之一。在雌雄同体中，总共有302个神经元(neuron)。通过多年来的研究，其连结形式也已完全被建立出来，而神经系统发育和连接的调控机制也初步为人们所探知。在神经系统功能方面，我们利用C. elegans的一些特殊行为，包括趋化性(chemotaxis)、趋温性(thermotaxis)以及雄性交配行为对相关的神经机制进行了研究和探索（Brenner，2003）。
1974年，Brenner发表了C. elegans分子遗传研究的开山之作“The Genetics of Caenorhabditis elegans”。通过EMS诱变他们一共获得300多个线虫突变体，其中多数为隐性突变。突变表型涉及行为、运动和形态结构等方面，这些突变被分别定位到线虫的6条染色体上，影响到约100个基因的功能（Brenner，1974）。这篇文章为以线虫为模式进行动物个体发育的遗传研究奠定了基础。与此同时，Sulston使用微分干涉显微镜（differential interfering contrast, DIC）对线虫的胚胎发育和细胞迁移途径进行了持续的观察，终于在1983年完成了独一无二的线虫细胞谱系（cell lineage）图（Sulston等，1977）。这张细胞谱系图清楚的揭示了从受精卵到成虫全部1090个体细胞细胞的身世和命运，使科学家们能够在活体线虫的单个细胞水平上研究遗传发育的调控机制，也是发育生物学史上里程碑式的发现（图3）。在细胞谱系的研究中发现，线虫在发育过程有131个细胞会在特定的时期消失。Horvitz发现这些消失的细胞发生了细胞凋亡。运用正向遗传筛选和基因图位克隆，他找到了十几个与细胞凋亡相关的基因，并发现了控制凋亡的信号通路及其生化机制，揭示了这一保守机制在不同物种发育过程中的重要作用（Horvitz，2003）。他们三人作为在线虫领域研究先驱获得了2002年的诺贝尔生理学和医学奖。
1998年，Fire和Mello在C. elegans中首先发现了RNAi的现象，并对其机制进行了初步研究（Fire等，1998）。由于RNAi和small RNA功能的重要性与保守性，在2006年，两人被授予了诺贝尔生理学和医学奖。1994年，Chalfie将水母荧光蛋白GFP的编码序列转入C. elegans体内并观察到绿色荧光，这是人们第一次在生物体内转基因表达GFP（Chalfie等，1994）。随后，GFP作为分子标签被广泛运用于生命科学研究的各个领域，成为必不可少的技术手段之一。Chalfie作为开创该技术的先驱之一，与别人分享了2008年的诺贝尔化学奖。
在Brenner的开创性工作之后短短三十多年里，线虫在生命科学的各个领域，包括胚胎发育、性别决定、细胞凋亡、行为与神经生物学等的研究中得到广泛应用。在MAPK信号传导、细胞程序性死亡、TGF-β信号传递途径、RNAi干扰和small RNA、衰老和寿命及脂肪代谢等方面取得了重大突破。近年来，运用线虫开展的研究工作已经三获诺贝尔奖，可见线虫作为模式生物对于生命科学领域具有非凡的意义。
声名：本文已发表在《临床医师科研与实践指导手册》，陕西师范大学出版社，2010年。谢绝转载，致歉。
另类小白鼠——秀丽隐杆线虫
声名：本文已发表在《临床医师科研与实践指导手册》，陕西师范大学出版社，2010年。谢绝转载，致歉。
“How genes might specify the complex structures found in higher organisms is a major unsolved problem of biology.’’
--Sydney Brenner
正如Sydney Brenner在三十多年前所讲，自1950至1960年代，人类在遗传物质的结构和遗传信息编码规律的研究上取得前所未有的突破以来，生命科学的主要问题转向研究基因是如何控制复杂的生命活动。这一浪潮推动了1970年代以来发育生物学的大发展，直至今天也仍然是生命科学关注的核心。发育生物学的发展，要求新的、合适的研究模型，催生了线虫、拟南芥等一批新的模式生物的出现，为现今模式生物研究在生命科学界的地位奠定了基础。 c_elegans.jpg (20.61 KB, 下载次数: 14) 下载附件 保存到相册 4q3ujd.jpg (38.54 KB, 下载次数: 11) 下载附件 保存到相册 C1.jpg (164.84 KB, 下载次数: 22) 下载附件 保存到相册 C2.jpg (163.24 KB, 下载次数: 20) 下载附件 保存到相册 C3.jpg (127.95 KB, 下载次数: 11) 下载附件 保存到相册 worm.jpg (163.84 KB, 下载次数: 13) 下载附件 保存到相册
秀丽隐杆线虫（Caenorhabditis elegans）是一种能够在温和环境中独立生存的土壤线虫，以微生物如大肠杆菌（E. coli）等为食。进化上属无脊椎动物线虫门。形态为蠕虫状、两侧对称，长约1mm，体表有一层角质层覆盖物，半透明，无分节，有四条主要的表皮索状组织及一个充满体液的假体腔。C. elegans基本解剖构造包括一个口、咽、肠、性腺，及胶原蛋白角质层。有雄性及雌雄同体（hermaphrodite）两种性别。雄性有一个单叶性腺、输精管及一个特化为交配用的尾部；雌雄同体有两个卵巢、输卵管、藏精器，及单个子宫（图1）。自然界中，绝大多数个体为雌雄同体，雄性仅占0.05%。
图1. 线虫的解剖结构
C. elegans的卵在雌雄同体体内受精，而后被排除体外，独立进行胚胎发育。孵化后的幼虫要经过L1-L4四个阶段的胚后发育才完全成熟，具备繁殖能力。如果在幼虫早期遇到食物不足等环境胁迫，线虫在L2之后进入另一种幼虫期，形成dauer幼虫。dauer的生理活动减慢，具有很强的抗逆性并能延长寿命。当环境好转食物充足时，dauer重新恢复生活力，进入L4期发育（图2）。雌雄同体先在L4期产生全部的精子，存于储精囊内；而后发生性转变，在成虫期产生卵，因此雌雄同体能够独立繁殖。雄性能够与雌雄同体交配，且来自雄性的精子更有竞争力。自交的雌雄同体能够产大约300枚卵，而交配后的一生能产超过1000枚。C. elegans的生命周期受环境温度的影响，在20 °C时，胚胎发育和胚后发育一共只要2-3天就能完成，而寿命也只有两三周。C. elegans有五对常染色体和一对性染色体。性别决定基于XO性别决定系统，即雌雄同体有一对性染色体（XX），而雄性只有一条性染色体（XO）。
图2. 线虫的生命周期
1900年，Maupas最早把分离到的这种蠕虫命名为Rhabditis elegans；1955年，Dougherty最终把它命名为Caenorhabditis elegans。Staniland从英格兰分离到的N2 Bristol品系，1965年被定为参考种，目前在科研中广泛使用。在此过程中，Dougherty建立了线虫的琼脂板接种大肠杆菌的实验室培养方法。到1960年代，Brenner在和Crick等人一起确立了遗传学的中心法则后，感到分子生物学的主要问题已经解决，而当时的生物学家认为“人脑是生命科学研究的最后堡垒”。因此，Brenner试图找一种比果蝇简单的但又具有神经的多细胞生物来探索神经发育的遗传调控机制。经过比较和尝试后，他最终选择了C. elegans为发育研究的模式生物（Brenner，2003）。
以C. elegans为研究模型具有很多优点。首先，线虫是一种非常简单多细胞真核生物。线虫结构简单且通身透明，观察起来十分容易。更重要的是，它的体细胞数目恒定，雌雄同体的成虫含有959个体细胞和约2000个生殖细胞；雄性成虫有1031个体细胞和约1000个生殖细胞（Sulston等，1977）。人们已经建立了完整的线虫从受精卵到所有成体细胞的谱系图，为研究组织和器官的发育建立了基础。
图3. 线虫胚胎发育中的肠细胞谱系
其次，线虫生活周期短，从一个受精卵发育成可以产卵的成虫只需要两三天，节约了实验所消耗的时间；繁殖力强，每个雌雄同体能产生约300个后代，提供了足够遗传筛选的群体；个体小，能在细菌培养皿上生长，在实验室中只要有一台解剖显微镜，一只自制的铂金丝小铲，就可以进行线虫的实验操作。此外，线虫可以像动物培养细胞一样储存在-80℃冰箱或液氮中，这就为在实验室中保存大量的线虫株系提供了极大的便利（Qin等，2006）。
第三，由于具有雄性和雌雄同体这两种性别，线虫在遗传研究上具有无可比拟的优势。一方面，不同遗传背景的秀丽线虫可以像果蝇等模式动物一样进行遗传交配，进行遗传分析或获得具有多种性状的个体；另一方面，经突变或交配产生的新性状无需再经交配，只需雌雄同体自交继代就可以保持（Qin等，2006）。
线虫是第一种完成全基因组测序的多细胞生物，早在1998年，人们就完成了线虫全基因组的测定和拼接。线虫的基因组共有大约9.7×107个碱基，包含近20 000个蛋白编码基因，近年来还发现许多转录形成small RNA的基因，这类预计有16 000个（The C. elegans Sequencing Consortium，1998）。线虫的基因组和基因的数量都远比人（大约3×109 bp和35 000个蛋白编码基因）的要少，染色体也一共只有六条，便于进行遗传分析和基因的图位克隆。
而且，长期以来研究人员分离和收集了许多与C. elegans亲缘相近的其它种类的线虫，如C. briggsae、C. remane、C. japonica、C. brenneri等，其中C. briggsae的全基因组测序已经在2003年完成（Stein等，2003）。通过对近源线虫类群间基因组序列或编码蛋白序列的比对，人们发展了进化生物学和功能基因组学领域的研究。
线虫还是有最简单的神经系统的生物之一。在雌雄同体中，总共有302个神经元(neuron)。通过多年来的研究，其连结形式也已完全被建立出来，而神经系统发育和连接的调控机制也初步为人们所探知。在神经系统功能方面，我们利用C. elegans的一些特殊行为，包括趋化性(chemotaxis)、趋温性(thermotaxis)以及雄性交配行为对相关的神经机制进行了研究和探索（Brenner，2003）。
1974年，Brenner发表了C. elegans分子遗传研究的开山之作“The Genetics of Caenorhabditis elegans”。通过EMS诱变他们一共获得300多个线虫突变体，其中多数为隐性突变。突变表型涉及行为、运动和形态结构等方面，这些突变被分别定位到线虫的6条染色体上，影响到约100个基因的功能（Brenner，1974）。这篇文章为以线虫为模式进行动物个体发育的遗传研究奠定了基础。与此同时，Sulston使用微分干涉显微镜（differential interfering contrast, DIC）对线虫的胚胎发育和细胞迁移途径进行了持续的观察，终于在1983年完成了独一无二的线虫细胞谱系（cell lineage）图（Sulston等，1977）。这张细胞谱系图清楚的揭示了从受精卵到成虫全部1090个体细胞细胞的身世和命运，使科学家们能够在活体线虫的单个细胞水平上研究遗传发育的调控机制，也是发育生物学史上里程碑式的发现（图3）。在细胞谱系的研究中发现，线虫在发育过程有131个细胞会在特定的时期消失。Horvitz发现这些消失的细胞发生了细胞凋亡。运用正向遗传筛选和基因图位克隆，他找到了十几个与细胞凋亡相关的基因，并发现了控制凋亡的信号通路及其生化机制，揭示了这一保守机制在不同物种发育过程中的重要作用（Horvitz，2003）。他们三人作为在线虫领域研究先驱获得了2002年的诺贝尔生理学和医学奖。
1998年，Fire和Mello在C. elegans中首先发现了RNAi的现象，并对其机制进行了初步研究（Fire等，1998）。由于RNAi和small RNA功能的重要性与保守性，在2006年，两人被授予了诺贝尔生理学和医学奖。1994年，Chalfie将水母荧光蛋白GFP的编码序列转入C. elegans体内并观察到绿色荧光，这是人们第一次在生物体内转基因表达GFP（Chalfie等，1994）。随后，GFP作为分子标签被广泛运用于生命科学研究的各个领域，成为必不可少的技术手段之一。Chalfie作为开创该技术的先驱之一，与别人分享了2008年的诺贝尔化学奖。
在Brenner的开创性工作之后短短三十多年里，线虫在生命科学的各个领域，包括胚胎发育、性别决定、细胞凋亡、行为与神经生物学等的研究中得到广泛应用。在MAPK信号传导、细胞程序性死亡、TGF-β信号传递途径、RNAi干扰和small RNA、衰老和寿命及脂肪代谢等方面取得了重大突破。近年来，运用线虫开展的研究工作已经三获诺贝尔奖，可见线虫作为模式生物对于生命科学领域具有非凡的意义。
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声名：本文已发表在《临床医师科研与实践指导手册》，陕西师范大学出版社，2010年。谢绝转载，致歉。
involute 发表于 2013-6-7 16:09
楼主自己的文章？顶一个。
也是朋友抬爱我，不得已东拼西凑地写一些
involute 发表于 2013-6-7 16:09
楼主自己的文章？顶一个。
也是朋友抬爱我，不得已东拼西凑地写一些
什么时候能研制出t病毒呢
少看电影多读书~