线虫的分子生物学研究

线虫在动物发育的研究及生物防治中起着巨大作用。对20世纪80年代以来有关植物寄生线虫、昆虫寄生线虫的分子生物学研究概况进行了综述。     

小线虫,大发现:Caenorhabditis elegans在生命科学研究中的重要贡献

自20世纪60年代开始,秀丽线虫作为重要的模式生物在生命科学的发展过程中发挥着举足轻重的作用。线虫中的许多重大发现为人们理解复杂的细胞生命活动做出了极大的贡献。本文对秀丽线虫的研究历史、重要成果及研究前景作一简要综述。     

最短尾短体线虫转录组及潜在效应蛋白分析

最短尾短体线虫（Pratylenchus brachyurus）是一种重要的迁移性内寄生植物病原线虫。对其转录组进行测序和分析,是进一步研究其寄生特点和致病机理的重要基础。通过转录组测序和分析,得到72 516个unigenes,其中38 266个（52.76%）unigenes注释到7个蛋白质数据库中。Cazyme分析预测到541条具有植物/真菌细胞壁降解活性的蛋白质序列,分别属于GH5、GH30、GH53、GH28、PL3、GH16、GH18和GH20家族。转录组中有56个蛋白序列与秀丽隐杆线虫（Caenorhabditis elegans）的RNAi通路蛋白具有同源性。鉴定到51个与已知植物寄生线虫效应蛋白具有同源性的蛋白序列,检测了9个潜在效应蛋白在抑制植物防卫反应中的作用,其中7个能够抑制由Gpa2/Rbp-1引起的细胞程序性死亡反应。研究结果表明最短尾短体线虫转录组与同属的短体线虫基因分布特点相似,其潜在效应蛋白具有抑制植物防卫反应的特点。     

植物发育过程中的细胞程序性死亡

细胞程序性死亡(PCD)是植物发育过程中必不可少的一部分,近年来对植物发育过程中的细胞程序性死亡机制的研究已经广泛开展。植物发育过程中的PCD对植物自身形态建成和组织分化有重要意义。一般认为动、植物的PCD有很大的相似性,但植物发育过程也有着独特的PCD机制,例如依靠有裂解功能的液泡来参与PCD。通过比较植物和其他生物发育过程中的PCD,可对植物发育过程中PCD的特征有着更深入的了解。说明植物发育过程中PCD的研究将在理论和生产上有重大意义。     

器官发育和程序性细胞死亡中的基因调控——2002年诺贝尔生理学和医学奖工作介绍

2002年的诺贝尔生理学和医学奖授予了在器官发育和程序性细胞死亡研究领域中做出奠基性贡献的三位英美科学家．他们建立了线虫实验模型,完成了其细胞谱图的绘制,而且系统深入地研究了线虫的器官发育和程序性细胞死亡中的基因规则,并在高等哺乳动物中发现了相关的功能基因．这些研究对认识发育过程和揭示人类重大疾病的发病机理具有重要的理论价值和现实意义．     

细胞程序性死亡通路的研究进展

细胞程序性死亡(programmed cell death,PCD)一直被看做是细胞凋亡(apoptosis).随着细胞生物学研究的深入,新的细胞死亡途径逐渐被揭示出来,如胀亡、自噬、副凋亡等.这些通路有些是caspase依赖的,有些不依赖于caspase途径.在细胞程序性死亡过程中,各种通路不是单独起作用的,而是相互交联的,有彼此重叠的机制出现.目前,Clarke形态学分类法是得到大多数学者认可的细胞程序性死亡的分类方式.按照该分类法,可将PCD分为3大类,即:Ⅰ型细胞程序性死亡、Ⅱ型细胞程序性死亡和Ⅲ型细胞程序性死亡.     

银杏胚珠贮粉室的早期发育

对银杏(Ginkgo biloba L.)胚珠贮粉室的早期发育过程以及珠心细胞死亡的细胞学机制进行了研究.DNA电泳出现DNA ladder和TUNEL标记说明参与形成贮粉室的珠心细胞死亡是程序性死亡(PCD)过程,并且显示出在贮粉室形成中,PCD的发生有一定的空间分布式样.结合扫描电镜观察,贮粉室的早期发育可分为4个阶段:起始事件是位于珠孔端的3至4层珠心细胞纵向伸长;接着,位于珠心组织最上部(珠孔端)的珠心细胞启始死亡;然后,这些已经纵向伸长的珠心细胞向基地和侧向地逐渐死亡,形成一个空腔;最后,珠孔端珠心表皮细胞以开裂的方式与其余表皮细胞脱离而形成贮粉室的开口.大孢子母细胞时期,贮粉室尚未发生;四分体阶段,贮粉室已经开始形成;到雌配子体发育时期,贮粉室已经完全产生.反映大孢子发育和贮粉室发生的同步性.     

银杏胚珠贮粉室的早期发育

对银杏 (GinkgobilobaL .)胚珠贮粉室的早期发育过程以及珠心细胞死亡的细胞学机制进行了研究。DNA电泳出现DNAladder和TUNEL标记说明参与形成贮粉室的珠心细胞死亡是程序性死亡 (PCD)过程 ,并且显示出在贮粉室形成中 ,PCD的发生有一定的空间分布式样。结合扫描电镜观察 ,贮粉室的早期发育可分为 4个阶段 :起始事件是位于珠孔端的 3至 4层珠心细胞纵向伸长 ;接着 ,位于珠心组织最上部 (珠孔端 )的珠心细胞启始死亡 ;然后 ,这些已经纵向伸长的珠心细胞向基地和侧向地逐渐死亡 ,形成一个空腔 ;最后 ,珠孔端珠心表皮细胞以开裂的方式与其余表皮细胞脱离而形成贮粉室的开口。大孢子母细胞时期 ,贮粉室尚未发生 ;四分体阶段 ,贮粉室已经开始形成 ;到雌配子体发育时期 ,贮粉室已经完全产生。反映大孢子发育和贮粉室发生的同步性。     

肠道病毒71型感染诱导细胞程序性死亡形态学及分子生物学特征的初步研究

肠道病毒 71型(enterovirus type 71,EV71)感染常可引起婴幼儿手足口病(hand,foot and mouth disease,HFMD),还可引起中枢神经系统并发症等重症,甚至死亡。研究认为,EV71诱发重症的原因主要与病毒感染诱导细胞程序性死亡(programmed cell death,PCD)及诱导细胞产生大量炎症因子有关。病毒感染可通过激活不同的信号通路触发细胞程序性死亡,主要包括含半胱氨酸的天冬氨酸蛋白水解酶(cysteinyl aspartate specific proteinase,caspase)依赖的细胞凋亡、细胞焦亡,以及非caspase依赖的细胞坏死性凋亡。本研究旨在探讨EV71感染诱导细胞程序性死亡的形态学和分子生物学特征,利用显微镜和免疫荧光技术检测EV71感染后细胞形态变化,JC-1染色检测感染后细胞线粒体膜电位变化,流式细胞术及Annexin V-FITC/PI双染法、乳酸脱氢酶释放量法检测感染细胞的细胞膜损伤程度,结合蛋白免疫印迹法检测病毒感染后细胞中多聚ADP核糖聚合酶[poly(ADP-ribose) polymerase,PARP]、caspase-9、caspase-3等凋亡因子,以及细胞焦亡关键效应蛋白Gasdermin D、坏死性凋亡效应蛋白MLKL的磷酸化情况。结果显示,EV71感染后细胞主要呈现凋亡特征,并伴随少量细胞坏死。与细胞凋亡相关的PARP被剪切,caspase-9和caspase-3等相关因子被激活。经泛caspase抑制剂处理后,细胞程序性死亡被抑制,但仍有部分细胞坏死。结果提示,EV71感染以细胞凋亡为主,也可能存在非caspase依赖的细胞程序性死亡。     

毛竹茎秆纤维细胞发育过程中的细胞程序性死亡

利用TUNEL检测、细胞学及细胞化学方法,对毛竹茎秆纤维细胞发育过程中的细胞程序性死亡进行了研究。在次生壁形成的早期,纤维细胞出现染色质凝聚、细胞器膨胀、液泡膜解体和细胞质泡状化等典型的细胞程序性死亡形态学特征;TUNEL检测反应呈阳性,显示此时的纤维细胞核DNA发生了片段化。此时,在纤维细胞裂解的液泡膜、降解的细胞质和凝聚的染色质上具有ATPase活性。纤维细胞质的Ca^2＋水平会随着次生壁的形成而逐渐升高,随后Ca^2＋聚集成块状。在初生壁形成后期,纤维细胞染色质上的酸性磷酸酶（APase）活性增强。随着纤维次生壁的持续增厚,ATPase、酸性磷酸酶和Ca^2＋将在裂解的细胞质和凝聚的染色质上持续存在多年。结果表明,毛竹茎秆纤维细胞的次生壁形成过程是一个主动自溶的细胞程序性死亡过程。初生壁形成后期染色质上酸性磷酸酶活性增强及次生壁形成期胞质Ca^2＋的聚集,与纤维细胞的程序性死亡密切相关。ATPase,Ca^2＋和APase参与了纤维细胞程序性死亡过程中原生质体的降解。     

Cis requirements for transposition of Tc1-like transposons in C. elegans

The Caenorhabditis elegans transposons Tc1 and Tc3 are able to transpose in heterologous systems such as human cell lines and zebrafish. Because these transposons might be useful vectors for transgenesis and mutagenesis of diverse species, we determined the minimal cis requirements for transposition. Deletion mapping of the transposon ends shows that fewer than 100 bp are sufficient for transposition of Tc3. Unlike Tc1, Tc3 has a second, internal transposase binding site at each transposon end. We found that these binding sites play no major role in the transposition reaction, since they can be deleted without reduction of the transposition frequency. Site-directed mutagenesis was performed on the conserved terminal base pairs at the Tc3 ends. The four terminal base pairs at the ends of the Tc3 inverted repeats were shown to be required for efficient transposition. Finally, increasing the length of the transposon from 1.9 kb to 12.5 kb reduced the transposition frequency by 20-fold, both in vivo and in vitro. Received: 21 April 1999 / Accepted: 10 June 1999     

利用果蝇模型研究人类心脏早期发育的分子机理(英文)

近年来 ,果蝇心脏特化的遗传机制已初步研究清楚 ,但控制人类心脏早期发育的基因尚待鉴定。因为调控果蝇和脊椎动物早期心脏细胞命运定型的途径具有保守性 ,果蝇是一种探讨人类心脏早期发育的分子机理的理想动物模式。为此目的 ,我们采用P转座子和EMS诱变技术建立了约 3 0 0 0个隐性致死基因平衡系。通过心脏前体细胞特异性抗体免疫组化筛选 ,我们检出 2 0 0余个表现心脏突变表型的平衡致死系。我们进一步利用RNAi技术对一些基因的功能进行了初步的研究 ,证明这些基因表现RNAi的突变表型 ,该类突变表型与基因突变时表现的表型相似 ,即心管呈缺陷型或无心脏前体细胞形成。利用果蝇和人类基因组计划获得的成果 ,我们从果蝇心脏侯选基因中初步克隆和鉴定了 5 0个人类同源基因 ,其中 2 0个是新基因。Northen印迹分析表明 ,一部分人类基因在心脏组织中有表达 ,从而为研究这些基因在人类心脏早期发育中的作用提供了信息。目前 ,我们正在建立转基因果蝇 ,以此为模型研究这些基因是否对心肌细胞发生或心肌功能起调控作用。产生心肌细胞突变类型的基因如果类似于人类心脏病综合症 ,则可以作为人类心脏疾病侯选基因作进一步的分析。     

线虫全基因组RNAi筛选确定CAB-1为特异性调节致密核心囊泡分泌的因子

内分泌细胞和神经细胞通过释放激素和神经肽类物质来响应外界刺激,而这些物质的分泌,都是通过致密核心囊泡(dense core vesicle,DCV)来实现的.但是,现阶段关于DCV的生成、转运、释放的机制很大程度上是不清楚的.在本研究中,我们将线虫的排便行为和肠道分泌联系起来,并以此表型进行全基因组RNAi筛选,寻找调节DCV的新基因.我们成功筛选到了一些在肠道调节DCV生成或释放的基因.其中,CAB-1被确认为特异性调节DCV分泌的重要因子.在肠道中,cab-1突变会降低肠道DCV内容物的分泌,而在神经系统中,CAB-1的缺失也会导致DCV的标识物堆积在突触前,而突触囊泡(synaptic vesicle,SV)不受影响.     

A Caenorhabditis elegans Model System for Amylopathy Study

Amylopathy is a term that describes abnormal synthesis and accumulation of amyloid beta (Aβ) in tissues with time. Aβ is a hallmark of Alzheimer''s disease (AD) and is found in Lewy body dementia, inclusion body myositis and cerebral amyloid angiopathy ^1-4. Amylopathies progressively develop with time. For this reason simple organisms with short lifespans may help to elucidate molecular aspects of these conditions. Here, we describe experimental protocols to study Aβ-mediated neurodegeneration using the worm Caenorhabditis elegans. Thus, we construct transgenic worms by injecting DNA encoding human Aβ₄₂ into the syncytial gonads of adult hermaphrodites. Transformant lines are stabilized by a mutagenesis-induced integration. Nematodes are age synchronized by collecting and seeding their eggs. The function of neurons expressing Aβ₄₂ is tested in opportune behavioral assays (chemotaxis assays). Primary neuronal cultures obtained from embryos are used to complement behavioral data and to test the neuroprotective effects of anti-apoptotic compounds.     

Alignment of the genetic and physical maps in the dpy-5 bli-4 (I) region of C. elegans by the serial cosmid rescue of lethal mutations

Lethal mutations in the 0.5 map unit region between dpy-5 and bli-4 on chromosome I in Caenorhabditis elegans were serially rescued using cosmid-containing transgenic strains. All the lethal mutations analyzed came from a set of 495 EMS-induced, sDp2-rescued lethals described previously. Germline transformation with cosmid DNA was used to create 25 transgenic strains bearing heritable extrachromosomal arrays. These arrays were used as small duplications for the fine-scale mapping of essential genes, via the rescue of lethal mutations. Lethal mutations in 13 essential genes have been phenotypically rescued, allowing the alignment of the genetic and physical maps in this region. Extrachromosomal arrays were found to be transmitted 2- to 7-fold less frequently in oocytes than in hermaphrodite sperm for 12 of the 16 arrays that were examined. Three of these strains showed a subsequent 4- to 13-fold increase in array stability in oocytes. This phenomenon may be influenced by cosmid sequences. Early mitotic loss of the arrays was observed in all 17 transgenic strains examined, suggesting that loss of the array can occur at any time during development when cell divisions are occurring. As a result of this work, 13 of the essential loci positioned between dpy-5 and bli-4 are anchored to the physical map, thereby providing links between the physical and genetic maps on average every 85 kb. Received: 8 May 1996 / Accepted: 27 January 1997     

广西特有属——异裂菊属开花生物学及繁育系统特征

以异裂菊属5个种的实生苗为试验材料,通过田间观察,采用TTC法、联苯胺-过氧化氢法、杂交指数、花粉-胚珠比等方法,对异裂菊属的开花物候、花部特征、繁育系统及访花昆虫行为进行了研究。结果表明:(1)绢叶异裂菊的花期最早,为6~7月份;小花异裂菊和柳州异裂菊花期为6~8月份;凹脉异裂菊和异裂菊的花期为8~12月份,整个花期持续约5个多月,单花花期约为3d,单个花序花期约为5d。(2)异裂菊属的花粉在开花后1~18h具有活力,柱头的可授性持续约48h;杂交指数OCI为4,花粉/胚珠比(P/O)为1 450~2 250,繁育系统属于异交、部分自交亲和,需要传粉者。(3)传粉昆虫主要是食蚜蝇科灰带管食蚜蝇和胡蜂科黑尾胡蜂,昆虫访花高峰期在上午10:00~12:00,每次可连续访问多朵花,每朵花访问时间约为2~10s。     

Caenorhabditis elegans as a platform to study the mechanism of action of synthetic antitumor lipids

Drugs capable of specifically recognizing and killing cancer cells while sparing healthy cells are of great interest in anti-cancer therapy. An example of such a drug is edelfosine, the prototype molecule of a family of synthetic lipids collectively known as antitumor lipids (ATLs). A better understanding of the selectivity and the mechanism of action of these compounds would lead to better anticancer treatments. Using Caenorhabditis elegans, we modeled key features of the ATL selectivity against cancer cells. Edelfosine induced a selective and direct killing action on C. elegans embryos, which was dependent on cholesterol, without affecting adult worms and larvae. Distinct ATLs ranked differently in their embryonic lethal effect with edelfosine > perifosine > erucylphosphocholine >> miltefosine. Following a biased screening of 57 C. elegans mutants we found that inactivation of components of the insulin/IGF-1 signaling pathway led to resistance against the ATL edelfosine in both C. elegans and human tumor cells. This paper shows that C. elegans can be used as a rapid platform to facilitate ATL research and to further understand the mechanism of action of edelfosine and other synthetic ATLs.     

饭包草种子萌发过程中养分运输和 消耗的细胞学过程初探

对饭包草大粒种子萌发过程中胚结构变化、养分运输和肖耗的细胞学过程进行了观察.结果显示:种子萌发时萌发孔盖张开,胚根、胚芽、胚轴、子叶鞘和子叶柄突破种皮生长,子叶片呈球状留在胚乳内吸收营养;透射电镜观察显示胚乳养分运输主要通过传递细胞运输、穿壁运输、胞间通道运输三种方式;细胞内养分消耗过程是细胞程序性死亡的过程,多膜小体...