蠕蟲(chóng)的腸道是如何發(fā)育的

如果不是因?yàn)?COVID-19 大流行，關(guān)于線蟲(chóng)(細(xì)長(zhǎng)的圓柱形蠕蟲(chóng))發(fā)育的重要發(fā)現(xiàn)可能就不會(huì)出現(xiàn)。

隨著 2020 年至 2021 年大學(xué)和學(xué)校的大部分課程和會(huì)議都轉(zhuǎn)移到網(wǎng)上，加州大學(xué)河濱分校的夫妻研究團(tuán)隊(duì)終于抽出時(shí)間來(lái)探討他們思考已久的問(wèn)題：鑒于其他線蟲(chóng)中不存在負(fù)責(zé)指定秀麗隱桿線蟲(chóng)腸道的基因，與研究最深入的線蟲(chóng)秀麗隱桿線蟲(chóng)的遠(yuǎn)親線蟲(chóng)是如何形成腸道的?

分子、細(xì)胞和系統(tǒng)生物學(xué)教授、該研究的通訊作者莫里斯·馬杜羅 (Morris Maduro) 說(shuō)：“大流行為我們騰出一些時(shí)間來(lái)思考當(dāng)大流行緩解后我們希望推進(jìn)哪些研究” ， 日記。“幸運(yùn)的是，我們進(jìn)行的一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生了一個(gè)令人驚訝的結(jié)果。事實(shí)證明，一個(gè)更簡(jiǎn)單的基因網(wǎng)絡(luò)似乎參與了指定與線蟲(chóng)相關(guān)的線蟲(chóng)的腸道。C. elegans的一個(gè)祖先物種似乎已經(jīng)復(fù)制并擴(kuò)展了這個(gè)更簡(jiǎn)單的基因網(wǎng)絡(luò)來(lái)制造一個(gè)更復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)，而那個(gè)復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)就是我們一直在研究的秀麗隱桿線蟲(chóng)網(wǎng)絡(luò)。”

部分由于它的發(fā)展速度，秀麗隱桿線蟲(chóng)是生物學(xué)科中使用最廣泛的模式生物之一，尤其是在研究基因如何協(xié)調(diào)發(fā)展方面。秀麗隱桿線蟲(chóng)長(zhǎng)約一毫米，就像土壤中的食腐動(dòng)物一樣生活，它以腐爛食物中的微生物為食，例如細(xì)菌。線蟲(chóng)是雄性或雌雄同體(具有雄性和雌性生殖器官)并且自由生活。它既不是人類也不是植物寄生蟲(chóng)，不會(huì)感染或傷害科學(xué)家已知的任何生物。

馬杜羅目前是分子、細(xì)胞和系統(tǒng)生物學(xué)系主任，研究秀麗隱桿線蟲(chóng)和其他線蟲(chóng)已有二十多年。他解釋說(shuō)，線蟲(chóng)的解剖結(jié)構(gòu)很簡(jiǎn)單。消化系統(tǒng)是一個(gè)單一的器官，即腸，在秀麗隱桿線蟲(chóng)中，它是由早期胚胎中稱為大腸桿菌的單個(gè)細(xì)胞的后代構(gòu)成的。

“大約 20 年前，我們和其他人發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致 E 細(xì)胞成為腸道祖細(xì)胞的基因網(wǎng)絡(luò)涉及幾個(gè)基因，這些基因都與稱為 GATA 因子的轉(zhuǎn)錄因子家族有關(guān)，”馬杜羅說(shuō)。

使用秀麗隱桿線蟲(chóng)，馬杜羅的實(shí)驗(yàn)室長(zhǎng)期以來(lái)一直在研究轉(zhuǎn)錄因子(激活基因表達(dá)的蛋白質(zhì))如何在早期動(dòng)物胚胎中發(fā)揮作用。

“轉(zhuǎn)錄因子在我們所說(shuō)的基因網(wǎng)絡(luò)中發(fā)揮作用，這在生物學(xué)中不僅對(duì)動(dòng)植物的發(fā)育很重要，而且對(duì)生物體如何應(yīng)對(duì)環(huán)境變化，甚至癌細(xì)胞如何改變其在腫瘤內(nèi)的特性也很重要，”馬杜羅說(shuō)。說(shuō)。

他解釋說(shuō)，生物體中的蛋白質(zhì)可以被認(rèn)為是遺傳工具包的一部分。

“想象一個(gè)工具箱，里面有錘子、螺絲刀和鉆頭等工具，”他說(shuō)。“你可以使用相同的工具來(lái)制作書(shū)架或建造房屋。雖然書(shū)架看起來(lái)與房屋不同，但它們可以使用相同的工具包建造。同樣，生命形式可以找到多種使用蛋白質(zhì)的方法，這些遺傳工具是“基因的產(chǎn)物。然而，隨著時(shí)間的推移，不同的基因被激活，導(dǎo)致細(xì)胞在動(dòng)物或植物中執(zhí)行某些功能。由此產(chǎn)生的基因網(wǎng)絡(luò)涉及使用相同類型轉(zhuǎn)錄因子的不同方式。”

Maduro 和他的妻子 Gina Broitman-Maduro 發(fā)現(xiàn)，他們?cè)谛沱愲[桿線蟲(chóng)中研究了多年的指定腸道的基因在大多數(shù)其他線蟲(chóng)中都缺失了，這讓他們想知道這些線蟲(chóng)是如何形成腸道的。

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