秀丽隐杆线虫模型在阿尔茨海默病研究中的应用

阿尔茨海默病（Alzheimer’s disease,AD）是一种与年龄相关的神经退行性疾病,该疾病的病理特征为老年斑（SPs）和神经原纤维缠结（NFTs）的存在。目前,阿尔茨海默病患病率呈现逐年上升的趋势,寻找完全治愈或延缓阿尔茨海默症发展的有效疗法和药物迫在眉睫。秀丽隐杆线虫（Caenorhabditis elegans）的基因和神经元功能与人类具有高度同源性,可作为研究阿尔茨海默病发病机制研究的较好模型。本文综述AD的发病机制假说、秀丽隐杆线虫AD模型以及线虫模型在AD治疗中的应用进展,旨在为后续研究AD提供理论参考。     

秀丽隐杆线虫（Caenorhabditis elegans）在药物筛选中的应用

基于靶点的体外药物筛选操作相对简单,成本较低,但是由于药物在体内的作用并不仅仅取决于其与靶点的作用程度,吸收、分布、代谢、排泄特征和毒性均会对早期先导物能否进入临床使用产生极大的影响,因此,药物的体内筛选受到重视。本文重点综述了秀丽隐杆线虫（C.elegans）在抗衰老、抗感染药物筛选中的应用情况。秀丽隐杆线虫结构简单、易于培养和可实现高通量筛选,在未来的药物筛选中必将发挥更重要的作用。     

秀丽隐杆线虫模型在抗衰老研究中的应用

随着人口老龄化问题的凸显,衰老相关的研究越来越被重视。秀丽隐杆线虫（Caenorhabditis elegans）是抗衰老研究领域中非常重要的生物模型,具有生命周期短、易于培养和观察等优点,但与其他哺乳动物模型相比仍有一些局限性,如DNA甲基化的缺乏等。本文主要综述了秀丽隐杆线虫模型在抗衰老研究和药物筛选中的应用,包括抗衰老药物对线虫寿命和抗性的测定与评估、药物筛选以及健康衰老研究中的应用,并概括了该模型的优势和局限性,为秀丽隐杆线虫模型在抗衰老研究中的应用提供理论依据。     

计算机视觉在线虫进食行为自动分析中的应用

秀丽隐杆线虫被广泛地用作研究基因与行为关系的绝佳模式生物.线虫的咽部神经元回路控制着复杂的进食行为.为了研究进食行为的分子机制,有必要对线虫进食行为表型分析鉴定.然而,目前为止,几乎所有的线虫进食行为表型鉴定都是通过人眼来判断.因为其泵入食物的肌肉运动频率高,该行为的分析是很困难而且效率低下的.为解决这个问题,我们设计了基于计算机视觉技术的自动化成像系统来高通量分析线虫进食行为表型.此成像系统对进食表型的检测准确率达到98%以上,并使得连续可靠地分析其表型细微变化成为可能.同时,在保证高准确率的前提下单位时间内分析数据的效率比人工分析提高了3倍.     

秀丽隐杆线虫脂肪沉积研究进展

脂肪的过度沉积会引发多种疾病,如心脏病、高血压、高甘油三酯血症、Ⅱ型糖尿病等。小白鼠(Mus musculus)和猪(Sus domesticus)是常用的研究脂肪沉积的模式动物,近年来随着研究的深入,发现脂肪代谢调控网络错综复杂,调控因子相互作用。秀丽隐杆线虫(Caenorhabditis elegans)具有结构简单、身体透明、便于观察、繁殖周期短、易于人工培养等特征,因此使得秀丽隐杆线虫进行脂肪调控的研究成为了可能。本文通过总结国内外线虫脂肪沉积方面的研究,综述秀丽隐杆线虫研究脂肪沉积的进展。     

必需氨基酸延缓秀丽隐杆线虫衰老的研究

利用模式生物秀丽隐杆线虫,考察8种人体必需氨基酸对衰老的影响。首先建立秀丽隐杆线虫寿命模型,以雷帕霉素为阳性对照药,分别考察8种必需氨基酸对线虫生存时间的影响。再用筛选出的氨基酸处理线虫21d,通过秀丽隐杆线虫-绿脓杆菌感染模型,考察氨基酸对线虫的抗感染能力的影响,利用实时荧光定量Real-Time RT-PCR方法检测氨基酸处理线虫后DAF-16/FOXO下游基因和免疫相关基因的表达水平。结果表明8种必需氨基酸中苏氨酸和异亮氨酸既能延长野生型线虫的寿命又能延长daf-16突变型线虫的寿命,同时还能增强秀丽隐杆线虫抗绿脓杆菌感染的能力,并提高免疫相关基因lys-7、clec-67的表达水平,而DAF-16/FOXO下游基因表达没有明显变化。因此苏氨酸和异亮氨酸能延长线虫寿命、提高抗感染能力,且对线虫寿命的延长作用不完全依赖于DAF-16/FOXO转录因子。     

秀丽隐杆线虫体内脂肪染色方法的探究

近几十年来,秀丽隐杆线虫(Caenorhabditis elegans)因其结构简单、通体透明、生命周期短和易于培养,常作为一种模式生物被广泛用于现代发育生物学、遗传学、抗衰老和及脂肪调控等方面的研究。本文探索了一种对秀丽隐杆线虫体内脂肪的油红O染色方法,利用1%Triton X-100的透过作用,线虫体内脂滴可被油红O更好的着色,镜下观察颜色鲜红,染色效果较好,为以后研究线虫脂肪调控奠定了基础。     

线虫蛔甙(Ascarosides)信息素研究进展

大多数生物通过信息素系统来对环境进行感应和个体间交流,并指导其行为、发育和生理代谢。线虫是在地球上生存策略最多样的动物之一,但其信息素系统却鲜为人知。近年来发现一组称为蛔甙(ascarosides)的线虫种内化学信号物质,在秀丽隐杆线虫(Caenorhabditis elegans)的交配、聚集和滞育等行为及发育调控方面起着至关重要的作用。随后发现蛔甙在线虫界广泛存在。对蛔甙进行深入全面的了解有利于促进线虫化学生态学学科发展,并填补传统化学生态学中关于化学信息对生物发育调控的知识。因此,对近年来蛔甙的最新研究进展进行了系统总结,包括蛔甙结构与鉴定、组成和功能、生物合成与代谢调控、化学感受信号途径及信息调节模式,从而更好地理解化感信号对线虫乃至高等生物的行为、发育、新陈代谢及衰老的调控机制,为研究生命科学中信息素调控理论提供新的参考。     

秀丽隐杆线虫模型在记忆和遗忘行为研究中的运用

记忆是学习和掌握新知识的基础,遗忘则有助于保持大脑记忆系统的高效性,因此记忆与遗忘是大脑神经网络正常运作的重要组成部分。秀丽隐杆线虫生物体积小、生命周期短、易于识别单个神经元,已成为神经科学和行为学领域研究的理想模型之一,基于秀丽隐杆线虫模型的研究结合高等模式生物探索记忆和遗忘的机制将有助于揭示记忆和遗忘异常相关疾病的发生。综述了秀丽隐杆线虫广泛用于挥发性物质与病原菌的记忆与遗忘行为的分子机制研究,以及转基因线虫在记忆与遗忘相关疾病中的应用,旨在为后续记忆和遗忘的研究提供理论参考。     

基于FMDV IRES的双顺反子载体的构建及体外表达分析

利用RT-PCR扩增出口蹄疫病毒小核糖体进入位点（IRES）序列,并定向克隆进pcDNA3.1(+)载体,构建成双顺反子真核表达载体。为了验证该载体是否能够转录出双顺反子mRNA,在IRES起始密码（ATG）下游正确插入增强型的绿色荧光蛋白基因（egfp）,把重组质粒转染BHK-21细胞,培养20～48 h,在紫外显微镜下观察,能够看到典型的绿色荧光,表明载体能够体能够利用FMDV的IRES能够介导非帽依赖性表达外源基因。并通过流式细胞仪,与同样是CMV启动转录egfp的pGFPN1质粒在细胞中的表达的水平进行了比较。该载体的成功构建为体外表达双基因、双顺反子逆转录载体构建以及相关应用奠定基础,并有作为基因疫苗和标记定位基因治疗载体的潜力。     

UNC-10在致密核心囊泡分泌过程中的作用

Rim是囊泡分泌活性区中的重要组成蛋白,它与细胞分泌和突触可塑性相关．在秀丽隐感线虫中只存在一种编码Rim的基因即unc-10．我们的研究发现,在线虫中Rim的基因突变unc-10(md1117)会导致致密核心囊泡的分泌缺陷．在活体中,unc-10突变虫系的神经多肽分泌显著下降．此外,在主要分泌致密核心囊泡的ALA神经元内,钙光解释放促发的快相分泌也比野生型减少．运用全内反射荧光显微成像技术,我们观察在unc-10缺失的情况下ALA 神经元中致密核心囊泡的锚定过程,结果显示在细胞膜附近停留的囊泡数目减少,表明囊泡锚定受到阻碍．上述试验结果表明,UNC-10能够影响致密核心囊泡的分泌过程,其机制可能是影响了囊泡的锚定过程．     

线虫核糖核蛋白基因内含子与相应编码序列的相互作用

对线虫核糖核蛋白基因内含子序列与相应编码序列采用Smith-Waterman方法做局域比对分析,探讨两者之间的相互作用机制．发现内含子中部序列确实存在与相应编码序列的相互作用区域．第一内含子的最佳匹配分布在内含子15%～55%的区域内,第二内含子的最佳匹配分布在内含子30%～80%的区域内．对于长内含子,在与外显子序列比对时,最佳匹配分布在内含子5%～20% 区域内,在与整个编码序列比对时,出现了两个峰区,一个位于内含子15%～30%区域内,另一个位于内含子54%～78%区域内．推测第一个峰区与外显子内部序列有关,第二个峰区与外显子-外显子结合区域的序列有关．还发现编码序列上存在多个与内含子序列的相互作用域和一些禁配区域分布．推测这些禁配区域与蛋白质结合区域有关．结论印证了内含子序列与相应编码序列协同进化的观点．     

线虫基因显微注射和整合技术——设备、操作与指南

秀丽线虫(Caenorhabditis elegans)是研究动物遗传、个体发育和行为活动的重要模式生物,其主要优点是能够研究从分子细胞水平到整体系统水平的相关生命活动的作用机理．其中基因显微注射和整合是该领域的核心技术,广泛应用于研究线虫的基因表达、功能和基因间的相互作用等．显微注射技术使用尖端开口直径为微米级的玻璃微管,将所研究的目的DNA注射进线虫的性腺．注射的DNA被成熟的卵细胞吸收,以染色体外遗传物质的形式存在．但这种形式并不能稳定遗传,可采用基因整合技术将外源基因整合到染色体上,得到稳定遗传的线虫种系．显微注射是一项精细的实验技术,影响实验成功与否的因素较多,实际操作需要有一定的经验．在实践过程中逐步改进和完善了这项技术,在此主要介绍线虫显微注射技术的操作过程、创新方法以及注意细节．     

模拟微重力下秀丽隐杆线虫的力学感知和肌萎缩的发生机制——太空飞行线虫试验地面平行对照研究部分

目前,微重力导致肌萎缩的分子机制尚不清楚,重力感知是该事件发生的关键环节．为了回答这一问题,在此之前首先实施了太空线虫试验,这部分结果已经在本刊报道过．而本次研究主要是在地面上建立了模拟微重力环境,观察处理后秀丽隐杆线虫（C.elegans）体壁肌细胞结构和功能的变化,一方面用于验证太空试验,同时比较两种处理结果的异同,以便于评价地面模拟微重力的有效性．经过14天19．5h旋转模拟微重力处理后,对线虫生存率和运动能力进行了观察,并检测了几个重要的肌相关基因表达和蛋白质水平．模拟微重力下线虫生存率没有明显变化,但运动频率显著下降,爬行轨迹也发生了轻微改变,运动幅度降低,提示线虫运动功能出现障碍．从形态学上观察发现：肌球蛋白A（myosin A）免疫荧光染色显示模拟微重力组肌纤维面积缩小,而肌细胞致密体（dense-body）染色可见荧光亮度下降．这些结果直接提示模拟微重力使线虫出现了肌萎缩．随后Western blotting试验结果揭示,模拟微重力组线虫体壁肌的主要结构蛋白——myosin A含量减少,进一步确证了微重力性肌萎缩发生．在基因水平,旋转后抗肌萎缩蛋白基因（dys-1）表达明显上升,而hlh-1,unc-54,myo-3和egl-19的mRNA水平均下调,提示dys-1在骨骼肌感知和传导力学信息方面有重要作用,而hlh-1,unc-54,myo-3和egl-19则分别从结构和功能两个途径促进了微重力性肌萎缩的发生和发展．本次试验所得到的结果同太空飞行试验结果十分相似,一方面强化了太空试验结论,另一方面说明在地面上模拟微重力对生物体进行研究是有效可行的,将有助于提高太空试验的质量．     

综述: 秀丽线虫胰岛素类生长因子和雷帕霉素受体信号通路对衰老的调节作用

衰老表现为随着时间推移而带来的功能上的衰退和死亡率的上升.利用模式生物,研究人员已经证明,衰老受高度保守的信号通路所调控,而且遗传与环境因素的改变可以显著延长寿命并延缓功能上的衰退.作为一种模式生物,秀丽线虫由于其遗传操作的简单性以及基因组的高度保守性,已被广泛应用于现代生物学研究中.许多关于衰老的分子机理最初是在秀丽线虫中被阐明的.本文总结了秀丽线虫中高度保守的胰岛素类生长因子(IGF-1)和雷帕霉素受体(TOR)这两条信号通路调控衰老的研究进展,并对未来的研究方向展开了评述.     

线虫prg-1基因对小RNA表达的影响

以秀丽隐杆线虫为材料发现,prg-1基因突变不仅影响piRNA的表达,还影响部分miRNA的表达,同时还发现ncRNA-like型小RNA,对ncRNA-like序列比较,认为ncRNA-like与piRNA或miRNA序列极为相似;对ncRNA-like与miRNA或piRNA的基因座比较,发现ncRNA-like与miRNA或piRNA基因座完全相同．推测这些ncRNA-like型小RNA可能与miRNA或piRNA有着相同的RNA前体来源．     

Retrofitting ampicillin resistant vectors by recombination for use in generating C. elegans transgenic animals by bombardment

Caenorhabditis elegans is an important model organism for modern biologic research. An essential aspect of C. elegans research is the production of transgenic animals for study. These are often generated via microinjection, but biolistic bombardment has become increasingly popular. However, many of the plasmids previously generated for use in microinjection are not readily used for bombardment due to the lack of a convenient marker. The unc-119 gene is often used as a marker since unc-119 rescue can be observed at low magnification, allowing rescued animals to be easily distinguished from the larger number of non-rescued animals. Here we report the use of homologous recombination in Escherichia coli as a method to insert a cassette containing the unc-119 gene into commonly used plasmids at the site of the ampicillin resistance gene which is simpler than other methods like subcloning. These cassettes are flanked by regions homologous to the 5′ and 3′ ends of the ampicillin resistance gene and contain either the unc-119 gene and the kanamycin resistance gene or a unc-119:mCherry fusion gene and the kanamycin resistance gene. The resulting plasmids may be used for biolistic bombardment to yield animals that display unc-119 rescue, and also express the recipient plasmid transgene.     

Steepness of thermal gradient is essential to obtain a unified view of thermotaxis in C. elegans

One of the adaptive behaviors of animals in their environment is thermotaxis, by which they migrate toward a preferred temperature. This sensorimotor integration is accomplished by choosing one of two behaviors depending on the surrounding temperature, namely thermophilic or cryophilic movement. Caenorhabditis elegans exhibits thermotaxis and its migration behavior has been analyzed experimentally at both the population and individual levels. However, some experimental data are inconsistent especially for thermophilic movement, which is expected to be observed in lower than favorable temperatures. There are no experimental analyzes that find thermophilic tendencies in the individual behavior of worms, despite multiple reports supporting thermophilic movement of the population. Although theoretical methods have been used to study thermotaxis of C. elegans, no mathematical model provides a consistent explanation for this discrepancy. Here we develop a simple biased random walk model, which describes population behavior, but which is based on the results of individual assays. Our model can integrate all previous experiments without any contradiction. We regenerate all the population patterns reported in past studies and give a consistent explanation for the conflicting results. Our results suggest that thermophilic movement is observed, even in individual movements, when the thermal gradient is sufficiently slight. On the contrary, thermophilic movement disappears when the thermal gradient is too steep. The thermal gradient is thus essential for a comprehensive understanding of the experimental studies of thermotaxis in C. elegans. Our model provides insight into an integrative understanding of the neural activity and thermotactic behavior in C. elegans.     

Internalization of multiple cells during C. elegans gastrulation depends on common cytoskeletal mechanisms but different cell polarity and cell fate regulators

Understanding the links between developmental patterning mechanisms and force-producing cytoskeletal mechanisms is a central goal in studies of morphogenesis. Gastrulation is the first morphogenetic event in the development of many organisms. Gastrulation involves the internalization of surface cells, often driven by the contraction of actomyosin networks that are deployed with spatial precision—both in specific cells and in a polarized manner within each cell. These cytoskeletal mechanisms rely on different cell fate and cell polarity regulators in different organisms. Caenorhabditis elegans gastrulation presents an opportunity to examine the extent to which diverse mechanisms may be used by dozens of cells that are internalized at distinct times within a single organism. We identified 66 cells that are internalized in C. elegans gastrulation, many of which were not known previously to gastrulate. To gain mechanistic insights into how these cells internalize, we genetically manipulated cell fate, cell polarity and cytoskeletal regulators and determined the effects on cell internalization. We found that cells of distinct lineages depend on common actomyosin-based mechanisms to gastrulate, but different cell fate regulators, and, surprisingly, different cell polarity regulators. We conclude that diverse cell fate and cell polarity regulators control common mechanisms of morphogenesis in C. elegans. The results highlight the variety of developmental patterning mechanisms that can be associated with common cytoskeletal mechanisms in the morphogenesis of an animal embryo.