蠕蟲的腸道是如何發(fā)育的

如果不是因為 COVID-19 大流行，關(guān)于線蟲(細長的圓柱形蠕蟲)發(fā)育的重要發(fā)現(xiàn)可能就不會出現(xiàn)。

隨著 2020 年至 2021 年大學和學校的大部分課程和會議都轉(zhuǎn)移到網(wǎng)上，加州大學河濱分校的夫妻研究團隊終于抽出時間來探討他們思考已久的問題：鑒于其他線蟲中不存在負責指定秀麗隱桿線蟲腸道的基因，與研究最深入的線蟲秀麗隱桿線蟲的遠親線蟲是如何形成腸道的?

分子、細胞和系統(tǒng)生物學教授、該研究的通訊作者莫里斯·馬杜羅 (Morris Maduro) 說：“大流行為我們騰出一些時間來思考當大流行緩解后我們希望推進哪些研究” ， 日記。“幸運的是，我們進行的一項實驗產(chǎn)生了一個令人驚訝的結(jié)果。事實證明，一個更簡單的基因網(wǎng)絡(luò)似乎參與了指定與線蟲相關(guān)的線蟲的腸道。C. elegans的一個祖先物種似乎已經(jīng)復制并擴展了這個更簡單的基因網(wǎng)絡(luò)來制造一個更復雜的網(wǎng)絡(luò)，而那個復雜的網(wǎng)絡(luò)就是我們一直在研究的秀麗隱桿線蟲網(wǎng)絡(luò)。”

部分由于它的發(fā)展速度，秀麗隱桿線蟲是生物學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。秀麗隱桿線蟲長約一毫米，就像土壤中的食腐動物一樣生活，它以腐爛食物中的微生物為食，例如細菌。線蟲是雄性或雌雄同體(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，不會感染或傷害科學家已知的任何生物。

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

“大約 20 年前，我們和其他人發(fā)現(xiàn)導致 E 細胞成為腸道祖細胞的基因網(wǎng)絡(luò)涉及幾個基因，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。

使用秀麗隱桿線蟲，馬杜羅的實驗室長期以來一直在研究轉(zhuǎn)錄因子(激活基因表達的蛋白質(zhì))如何在早期動物胚胎中發(fā)揮作用。

“轉(zhuǎn)錄因子在我們所說的基因網(wǎng)絡(luò)中發(fā)揮作用，這在生物學中不僅對動植物的發(fā)育很重要，而且對生物體如何應對環(huán)境變化，甚至癌細胞如何改變其在腫瘤內(nèi)的特性也很重要，”馬杜羅說。說。

他解釋說，生物體中的蛋白質(zhì)可以被認為是遺傳工具包的一部分。

“想象一個工具箱，里面有錘子、螺絲刀和鉆頭等工具，”他說。“你可以使用相同的工具來制作書架或建造房屋。雖然書架看起來與房屋不同，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，隨著時間的推移，不同的基因被激活，導致細胞在動物或植物中執(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)，他們在秀麗隱桿線蟲中研究了多年的指定腸道的基因在大多數(shù)其他線蟲中都缺失了，這讓他們想知道這些線蟲是如何形成腸道的。

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