秀丽线虫
秀丽线虫的研究进展
摘要：秀丽线虫(Caenorhadits elegans)是研究动物遗传、个体发育及细胞生命活动的重要模式动物。近年来利用线虫这种模式生物已经在生命科学的许多领域取得了突破性的研究成果：信号转导、衰老、细胞凋亡、热应激反应、环境科学、性别决定、神经肌肉发育、细胞分化、神经分化诱导和行为认知等。
关键词：秀丽线虫;衰老；细胞凋亡；环境科学；性别决定；神经分化诱导；行为认知
导言：秀丽隐杆线虫(Caenorhabditis elegans)在当代生命科学的发展过程中起着举足轻重的作用。近年来，随着人们对其的研究日益深人，秀丽隐杆线虫以其独特的优势成为生物学家借以了解诸多基本生命现象的优良。近年来，国际上以秀丽线虫为实验材料的生命科学研究取得了重要突破，分别在2002 年和2006 年两次获得诺贝尔生理医学奖。在国内，越来越多的科研人员开始将秀丽线虫应用于自己的研究领域。20 世纪60年代，分子遗传学的奠基人之一Brenner在和Crick等人一起确立了分子遗传学的中心法则以后，感到分子生物学的主要问题已经解决，生物学的未来应着眼于发育生物学和神经生物学等复杂问题的研究。Brenner 试图寻找一种比果蝇更简单的、具有神经细胞的多细胞生物来探索个体及神经发育的遗传调控机制。在经过了一系列的尝试后，他最终选择了秀丽线虫(C. elegans)为研究对象。在此之前，Nigon 和Dougherty等已经在秀丽线虫的营养生长和有性生殖等方面做了许多前期工作。
1、线虫作为模式动物的优势
线虫的饲养条件具有简单、廉价、易操作的特点，线虫成虫体长1mm,身体半透明,以大肠杆菌为食饵,从受精卵发育到成虫仅需不到四天时间。在自然状态下线虫是一种可以自我繁殖的雌雄同体生物,因此繁殖起来也很迅速,这种能自我繁殖的能力还非常有利于得到具有同一基因结构的纯合体线虫。另外,秀丽线虫还存在一种雄性个体,它不能自我繁殖,必须与雌雄同体的线虫交配才可繁衍后代。利用雄性个体,人们可以将突变基因从一种线虫转移到另一种线虫中去。线虫还可以像培养细胞一样保存在- 80℃。这一优势是果蝇和小鼠等模式生物所不具备的。秀丽线虫是第一个完成基因组测序的动物,它的约20 000个基因中有40%和人类基因具有同源性。同时,秀丽线虫还具有完备的发育和解剖学特征和复杂的遗传学特征。
2、秀丽线虫的研究领域
秀丽线虫的基因操作便捷,可十分方便地进行转基因、RNA干涉和突变体筛选等研究。近年来利用线虫这种模式生物已经在生命科学的许多领域取得了突破性的研究成果：信号转导、衰老、细胞凋亡、热应激反应、环境科学、性别决定、神经肌肉发育、细胞分化、神经分化诱导和行为认知等
3、秀丽线虫的研究
秀丽线虫目前已成为研究细胞凋亡、神经发育以及学习和记忆等多种复杂生命现象调控机的重要模式生物之一。
3.1 秀丽线虫(Caenorhabditis elegans)与低氧适应（细胞凋亡）
持续低氧可在数分钟之内导致哺乳动物神经元和肌肉组织严重损伤,引发中风、心脏病等并伴随细胞死亡。而在无脊椎动物秀丽线虫的低氧应答通路和人类的相关通路之间具有高度的保守性,低氧也可引发细胞损伤和死亡,启动一系列相关反应,从而适应低氧环境并对更严重的缺氧损伤起保护作用。低氧能够引起秀丽线虫发生相应的生理和行为学变化,并可保护机体免受缺氧损伤。秀丽线虫的低氧诱导因子(H IF21)的恒定性调控通路和人类的相应通路之间具有高度保守性,因此秀丽线虫也已成为研究低氧应答调控通路进化保守性的重要工具之一。
对于秀丽线虫而言,只要有充足的食物,即使氧浓度降到2%时也能够维持机体的正常代谢。当氧浓度低到1%时, 秀丽线虫的机体代谢率才会下降为正常的50% ,而此时秀丽线虫仍然能够发育和繁衍后代。当氧浓度在0. 25%到1%之间时,秀丽线虫的低氧应答通路被激活,在近乎无氧环境下进入休眠状态。秀丽线虫的这种适应能力可使其尽可能减少外界环境对机体的损害。目前也已发现0. 01% ～0. 1%的氧浓度是秀丽线虫的致死浓度。
缺氧是造成神经系统损伤的重要原因,临床上以缺血缺氧性脑损伤为主的脑血管疾病对于患者乃至整个社会带来极大负担,通过对秀丽线虫在低氧情况下的应答研究，将为了解人类心脑血管性疾病的发病机制和寻找新的治疗手段提供重要线索。
3.2 秀丽线虫(Caenorhabditis elegans)寿命的调控机制（衰亡）
秀丽线虫(Caenorhabditis elegans)是一种研究衰老调控机制的很
好模型，秀丽线虫的衰老与新陈代谢的调控密切相关。大量的遗传学和基因组学研究表明,代谢调节是寿命调节中的一个显著特征。延长人的寿命，延缓衰老是人们非常关心的问题。由于秀丽线虫生命周期短，只有3 周左右，因此，在研究衰老和寿命上有很大优势。
A、衰老与新陈代谢的关系
已发现的与寿命有关的基因有age-1和daf-2。其中, age-1是最早发现与线虫寿命有关的基因, 它编码一种磷脂酰肌醇激酶,而daf-2则编码一种酪氨酸激酶受体,后者与哺乳动物中的胰岛素和类胰岛素生长因子-1受体相似。Daf-2的缺失突变体是致死的,但是daf-2部分功能突变体其寿命却是野生型的2～3倍。Daf-2和age-1参与线虫胰岛素/类胰岛素信号通路。
B、摄食量控制与代谢的关系
一般认为,摄食量的控制可以降低代谢的速率从而延长生物体的寿命。但Houthoofd 等研究发现,在线虫中摄食量控制反而能使其代谢速率上升。摄食量控制往往通过一定的方式实现,如使用突变体,将营养物稀释,或者将线虫置于无菌的培养基中培养等。事实上,在这些试验条件下,通过对好氧量和产热量的测定,它们往往有更高的代谢率。因此,摄食量调控延长线虫寿命的机理仍未清楚。虽然在果蝇和小鼠中摄食量控制是通过调节胰岛素途径而使寿命延长的,但是在线虫中却有所不同。
C、支链氨基酸与寿命的关系
如图所示, daf22 / IGF1R、daf228 /胰岛素和ife22 /e IFE43种突变体能使细胞内氨基酸水平上升,尤其是支链氨基酸。一些影响到电子传递链中复合物I、II、III的突变,包括长寿突变,也会导致支
链氨基酸的积累。氨基酸池和其他营养物质可以激活TOR信号,进一步使核糖体p70S6激酶和翻译起始因子e IFE4激活,同时抑制线粒体的功能。然而,DAF22 / IGF1R突变使DAF216激活,进而抑制daf215转录使TOR信号减弱。虽然突变体通过不同的途径使寿命延长,但是他们共同的代谢特征是支链氨基酸池的增加。
注:黑线表示对不同信号通路中成员的激活或抑制;红色箭头表示突变体对细胞内氨基酸池的作用。
在线虫衰老研究上，目前已有的研究成果尚只是描画出了衰老调控机制的大致轮廓，还需要进行更系统的工作去充实和完善，从而真正揭示动物衰老调节的奥秘，进而帮助人们了解哺乳动物与人类自身的衰老及调控规律。
3.3 利用秀丽线虫建立环境毒物毒性的评估研究体系（环境科学）
模式动物秀丽线虫( Caenorhabditis elegans) 在环境科学与生态毒理学研究中发挥着越来越重要的作用, 目前利用秀丽线虫已初步建立起较为完善的环境毒物毒性评估体系。该评估体系具体由如下
一些指标构成: 致死率、最长寿命与半数致死天数、细胞凋亡、个体发育、生殖、运动行为、乙酰胆碱酯酶活性、学习行为、记忆行为、转基因品系、突变体、基因表达模式等十二项。例如：
●土壤与水环境中的毒物积累到一定程度后会诱导受暴露的秀丽线
虫发生死亡, 产生一定的致死作用，致死率是用来评价毒物致死效应的一个重要指标。
●最长寿命与半数致死天数目前已被用于评估银、镉、镍、铅、钡、
铬、锌、铜等重金属对秀丽线虫寿命的毒性影响。
●秀丽线虫细胞凋亡目前已被用于评估镉等重金属的细胞毒作用以
及空气负离子的生物学效应分析。
●秀丽线虫个体发育的评价指标包括3 个方面:体长( Body
length) ，体宽( Body width) 及是否发生畸性发育( Abnormal development)。秀丽线虫在特定毒物的暴露下, 还会导致个体发育的多方面变化, 尤其是可能会出现畸形发育。
3.4 秀丽线虫在神经系统疾病研究的应用
人类的神经系统面临着两大威胁从而影响其功能：缺氧和退行性疾病。尽管一些研究在探讨其神经毒性的分子机制方面已取得显著成绩，然而对于缺氧引起的脑中风和神经系统退行性疾病的预防和治疗仍无切实有效的方案。秀丽线虫由于基因操作便捷，特别适合于用大规模突变体筛选、转基因和基因沉默技术建立缺氧和神经系统退行性疾病模型来研究疾病的发病机理，这已取得一定成绩。
秀丽隐杆线虫是多细胞无脊椎动物，其中神经细胞占体细胞的三分之一之多。虽然解剖结构十分简单，但神经递质、突触蛋白、离子
通道等基本组成与人类具有高度的保守性。由于其全基因组遗传信息已知，基因操作便捷，秀丽隐杆线虫已经在高级神经功能活动、神经系统疾病等研究领域中发挥重要作用。雌雄同体的秀丽线虫有302个神经元，56个胶质细胞，占全部细胞(959)的三分之一。秀丽线虫的神经结构虽然简单，却很完善。
目前，在神经系统疾病中的研究主要有中风的研究、神经系统退行性病变（如阿尔兹海默病和帕金森病）的研究，成瘾性疾病（酒精成瘾和烟草中的尼古丁成瘾）的研究。
随着新技术在秀丽线虫研究中的应用，许多与人类相似的生理和病理现象不断被发现，令人振奋的成果不断出现。例如，最近利用图像跟踪处理系统发现秀丽线虫具有类似于人类的睡眠行为。
3.5 秀丽线虫在人类肥胖症等代谢疾病中的研究
秀丽线虫作为当前国际上研究脂肪积累生理与分子机制的重要模型之一的原因：
( 1)线虫脂肪颗粒主要存储于肠道及皮下细胞,且线虫身体通体透明,利用整体动物便可观察到肠道及皮下细胞脂肪的堆积。
( 2)方法上,线虫脂肪颗粒标记简单,苏丹黑B可以使固定好的线虫脂肪着色,肠道内的脂肪颗粒可以用Nile Red荧光探针来标记。
(3)线虫中具体脂肪酸组分可以利用气相色谱或气相色谱/质谱分析联用方法进行考察
(4)线虫中脂肪酸合成与降解的代谢与其他动物以及人体中的生化通路相同或高度相似,尤其是线虫脂肪代谢各关键代谢步骤的限速酶等与其他物种中基本相同
( 5)线虫脂肪积累的核心调控通路已基本鉴定出来。
已有的研究表明模式动物线虫是研究脂肪积累重要而且实用的体系。线虫中的研究工作将会对其他物种脂肪积累的研究提供重要的启示与帮助,并有可能对人类肥胖症等代谢疾病的研究起到重要的提示作用。
3.6 秀丽线虫精子发生和精子受精的研究
秀丽线虫精子发生过程包括减数分裂和精子活化两个阶段, 通过早期特异基因的表达和后期蛋白分子的翻译后修饰, 精原细胞发育成为具有运动能力的精子。其受精阶段包括精子运动、精子竞争、精卵信号通讯以及精卵融合等过程。通过突变体筛选目前已经获得了一些影响精子发生或受精的突变体, 并且对其中一些突变体进行了基因克隆和功能分析的研究。
通过对线虫精子发生和受精机制的深入研究, 不仅可以极大地补充和指导以actin 为基础的细胞运动的研究, 还将对动植物寄生线虫的防治、男性不育的治疗以及男性无毒避孕药物的设计提供丰富的基础知识和新的策略, 因此, 这项研究具有重要的理论意义和巨大的潜在市场价值。
3.7 秀丽线虫在学习记忆研究中的应用
学习和记忆是脑的高级功能。多数和人类学习记忆相关的分子在线虫中都具有同源性。秀丽线虫具有丰富的行为以及基因易操作的优势，因此成为行为遗传学研究的有利工具，被广泛用来解析学习记忆的分子机制。
1990 年Rankin等首先发现了秀丽线虫具有学习记忆能力。碰触
线虫的头部或尾部，线虫能够产生躲避反应。通过这种模型，发现线虫具有短期习惯化，去习惯化和敏感化的能力。如果刺激重复增加，即可产生长达24 小时的长期习惯化。继该文发表后，涌现出大量关于线虫学习记忆的研究报道。Wicks等报道秀丽线虫的这种习惯化行为与感觉神经元和四对中间神经元之间的化学突触可塑性相关。进一步研究表明，谷氨酰胺酶同源基因eat-4 的突变株系能够迅速习惯化且恢复缓慢，不具备去习惯化能力。这一结果提示神经递质的调节在习惯化和去习惯化过程中具有重要的作用.
最近有研究报道，利用秀丽线虫的氯化钠化学趋向性记忆，对胰岛素/PI3K通路的每个分子的突变株系进行化学趋向性分析，发现此通路是影响线虫氯化钠化学趋向记忆的重要通路。这一研究将为理解胰岛素/PI3K通路在神经功能中的作用奠定基础。随着对秀丽线虫学习记忆研究的不断深入，其成果显然将有助于为人类学习记忆分子机制的研究提供线索。
4、结语：前景发展
在短短的四十年期间，以秀丽线虫为研究对象的重大科学发现层出不穷，线虫已成为当代生命科学研究中的一个重要的模式生物。从Brenner开始，全世界的线虫研究者始终坚持材料、资源、信息和数据的无偿共享，使这一领域的研究得以飞速发展。随着越来越多的研究者的加入，我们坚信秀丽线虫的研究必将继续为人类探索生命规律的调控机制做出更大贡献。
参考文献：
1、任长虹,张成岗.秀丽线虫:低氧应答研究的模式生物.[J].生理科学进展. 2008.39(1)
2、张燕芬,王大勇.利用模式动物秀丽线虫建立环境毒物毒性的评估研究体系.[J].生态毒理学报.2008.4:313-322.
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展.[J].2008. 30(6): 677―686.
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神奇的模式生物—秀丽隐杆线虫
神奇的模式生物—秀丽隐杆线虫 摘要：本文对秀丽隐杆线虫的模式生物一般特征入手，介绍了线虫形态学、生物学特征和繁殖、基因组和遗传学等方面的内容。 关键词：秀丽隐杆线虫模式生物基因组 最近，秀丽隐杆线虫用于生物实验材料倍受科学家们的关注。进入21世纪以来，已经有六位科学家利用秀丽隐杆线虫为实验材料揭开了生命科学领域的重大秘密而获得了诺贝尔奖。1974年英国科学家悉尼·布雷内（Sydney Brenner）第一次把秀丽隐杆线虫作为模式生物，成功地分离出线虫的各种突变体，发现了在器官发育过程中的基因规则而获得了2002年诺贝尔生理学或医学奖。与悉尼·布雷内共同分享诺贝尔奖的有两名科学家，其中一位科学家是英国约翰·苏尔斯顿（John E. Sulston），通过显微镜活体观察线虫的胚胎发育和细胞迁移途径，于1983年完成线虫从受精卵到成体的细胞谱系。另一位科学家是美国的罗伯特·霍维茨（H. Robert Horvitz），是利用秀丽隐杆线虫作为研究对象进行了“细胞程序性死亡”研究。 克雷格·梅洛（Craig C. Mello）和安德鲁·菲尔和（Andrew Z. Fire）利用秀丽隐杆线虫实验发现一种全新的基因调控方式—RNA干扰（RNAi）而获得2006年诺贝尔生理学或医学奖。 此外，Martin Chalfie证明了GFP(绿色荧光蛋白)作为多种生物学现象的发光遗传标记的价值。在最初的一项实验中，他用GFP使秀丽隐杆线虫的6个单独细胞有了颜色，由此获得了2008年化学奖。 究竟什么原因使秀丽隐杆线虫成为如此富有盛名的实验材料？ 1.秀丽隐杆线虫一般特征 秀丽隐杆线虫是一种食细菌的线形动物，学名是Caenorhabditis elegans，通常缩写成C.elegans其成体长仅1mm，全身透明，以细菌为食，居住在土壤中，被称为“自由生活线虫”。 1.1分类地位 秀丽隐杆线虫属于线虫门（Phylum nematoda）、侧尾腺纲（Secernentea）、小杆线虫目（Rhabditida）小杆线虫科（Rhabditidae）小杆线虫属（Caenorhabditis）。线虫门包括自由生活和寄生两种类型，秀丽隐杆线虫属于自由生活线虫类，对人类没有危害。 1.2形态
秀丽线虫
秀丽线虫的研究进展 摘要：秀丽线虫(Caenorhadits elegans)是研究动物遗传、个体发育及细胞生命活动的重要模式动物。近年来利用线虫这种模式生物已经在生命科学的许多领域取得了突破性的研究成果：信号转导、衰老、细胞凋亡、热应激反应、环境科学、性别决定、神经肌肉发育、细胞分化、神经分化诱导和行为认知等。 关键词：秀丽线虫;衰老；细胞凋亡；环境科学；性别决定；神经分化诱导；行为认知 导言：秀丽隐杆线虫(Caenorhabditis elegans)在当代生命科学的发展过程中起着举足轻重的作用。近年来，随着人们对其的研究日益深人，秀丽隐杆线虫以其独特的优势成为生物学家借以了解诸多基本生命现象的优良。近年来，国际上以秀丽线虫为实验材料的生命科学研究取得了重要突破，分别在2002 年和2006 年两次获得诺贝尔生理医学奖。在国内，越来越多的科研人员开始将秀丽线虫应用于自己的研究领域。20 世纪60年代，分子遗传学的奠基人之一Brenner在和Crick等人一起确立了分子遗传学的中心法则以后，感到分子生物学的主要问题已经解决，生物学的未来应着眼于发育生物学和神经生物学等复杂问题的研究。Brenner 试图寻找一种比果蝇更简单的、具有神经细胞的多细胞生物来探索个体及神经发育的遗传调控机制。在经过了一系列的尝试后，他最终选择了秀丽线虫(C. elegans)为研究对象。在此之前，Nigon 和Dougherty等已经在秀丽线虫的营养生长和有性生殖等方面做了许多前期工作。
1、线虫作为模式动物的优势 线虫的饲养条件具有简单、廉价、易操作的特点，线虫成虫体长1mm,身体半透明,以大肠杆菌为食饵,从受精卵发育到成虫仅需不到四天时间。在自然状态下线虫是一种可以自我繁殖的雌雄同体生物,因此繁殖起来也很迅速,这种能自我繁殖的能力还非常有利于得到具有同一基因结构的纯合体线虫。另外,秀丽线虫还存在一种雄性个体,它不能自我繁殖,必须与雌雄同体的线虫交配才可繁衍后代。利用雄性个体,人们可以将突变基因从一种线虫转移到另一种线虫中去。线虫还可以像培养细胞一样保存在- 80℃。这一优势是果蝇和小鼠等模式生物所不具备的。秀丽线虫是第一个完成基因组测序的动物,它的约20 000个基因中有40%和人类基因具有同源性。同时,秀丽线虫还具有完备的发育和解剖学特征和复杂的遗传学特征。 2、秀丽线虫的研究领域 秀丽线虫的基因操作便捷,可十分方便地进行转基因、RNA干涉和突变体筛选等研究。近年来利用线虫这种模式生物已经在生命科学的许多领域取得了突破性的研究成果：信号转导、衰老、细胞凋亡、热应激反应、环境科学、性别决定、神经肌肉发育、细胞分化、神经分化诱导和行为认知等 3、秀丽线虫的研究 秀丽线虫目前已成为研究细胞凋亡、神经发育以及学习和记忆等多种复杂生命现象调控机的重要模式生物之一。 3.1 秀丽线虫(Caenorhabditis elegans)与低氧适应（细胞凋亡）
秀丽线虫精子发生和精子受精的研究进展
HEREDITAS (Beijing) 2008年6月, 30(6): 677―686 ISSN 0253-9772 https://www.360docs.net/doc/3117408854.html, 综 述 收稿日期: 2007?12?13; 修回日期: 2008?02?25 基金项目: 中国科学院百人计划项目, 国家自然科学基金项目(编号：30771056)和蛋白质研究计划项目(编号：2006CB911002)资助[Supported by Hu- ndred Talents Program of CAS, the National Natural Science Foundation of China (No. 30771056) and the Major State Basic Research Program of China (No. 2006CB911002)] 作者简介: 汪斌(1976?), 男, 博士, 助理研究员, 研究方向：细胞生物学。E-mail: wangb@https://www.360docs.net/doc/3117408854.html, 刘志宇(1983?), 男, 研究生, 研究方向：细胞生物学。E-mail: liuzhy@https://www.360docs.net/doc/3117408854.html, 通讯作者: 苗龙(1971?), 男, 博士, 研究员, 博士生导师, 研究方向：细胞生物学。E-mail: lmiao@https://www.360docs.net/doc/3117408854.html, DOI: 10.3724/SP.J.1005.2008.00677 秀丽线虫精子发生和精子受精的研究进展 汪斌, 刘志宇, 苗龙 中国科学院生物物理研究所 生物大分子国家重点实验室, 北京 100101 摘要: 秀丽线虫精子发生过程包括减数分裂和精子活化两个阶段, 通过早期特异基因的表达和后期蛋白分子的翻译后修饰, 精原细胞发育成为具有运动能力的精子。其受精阶段包括精子运动、精子竞争、精卵信号通讯以及精卵融合等过程。通过突变体筛选目前已经获得了一些影响精子发生或受精的突变体, 并且对其中一些突变体进行了基因克隆和功能分析的研究。这些研究不仅对于阐明精子发生和受精的机理具有重大的理论意义, 而且对男性不育的治疗和男性无毒避孕药物的研发可能提供重要的依据。文章阐述了目前在线虫精子发生和精子受精两个方面的研究进展。 关键词: 精子发生; 受精; 精子竞争; 减数分裂 Recent advances in the study of spermatogenesis and fer-tilization in Caenorhabditis elegans WANG Bin, LIU Zhi-Yu, MIAO Long National Laboratory of Biomacromolecules , Institute of Biophysics , Chinese Academy of Sciences , Beijing 100101, China Abstract: Spermatogenesis in Caenorhabditis elegans , mainly consisting of meiosis and spermiogenesis (or sperm activa-tion), is a complicated cell differentiation process. The germ cells develop into matured motile spermatozoa after the ex-pression of specific genes during meiosis and protein posttranslational modification during spermiogenesis. The spermato-zoa compete with each other, communicate with and finally fertilize the oocytes such that new individuals are generated. A group of mutants related to spermatogenesis, sperm motility and fertilization are obtained through the sterile screen. Some specific genes in spermatogenesis and fertilization have been cloned and their functions have been studied. C. elegans is an attractive model to dissect the complexities of spermatogenesis and fertilization. The advances in the study of C. elegans may give insights to important targets for the study of male infertility and contraceptives in humans. Keywords: spermatogenesis; fertilization; sperm competition; meiosis 精子发生和精卵受精是生物体生殖和发育的基础, 对这一领域的研究不仅有助于增强人们对生物 体生殖和发育本质的认识, 而且对人类一些重要疾病的防治也具有借鉴和指导意义[1]。秀丽线虫的生
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秀丽隐杆线虫综述 摘要：随着生命科学研究的不断深入，模式生物的重要性也在不断的体现出来，秀丽隐杆线虫就是其中一种非常重要的生物。对秀丽隐杆线虫的特征、研究进展及未来发展方向进行简要的综述。 关键词：秀丽隐杆线虫；研究；前景 在20世纪60年代中期S.Brenner为了研究动物的发育和神经，领先选择了以秀丽隐杆线虫为研究的实验动物[1]。现今，秀丽隐杆线虫已经成为当今生物学家研究细胞代谢与细胞生长、分化、衰老、凋亡等生命活动的协同与调节机制的重要模式生物之一。 1.秀丽隐杆线虫的生物学特征 在1998年作为人类基因组测序的一个项目，秀丽隐杆线虫的全部序列完成测定，基因组序列全长9.7×104kb，大约编码19000个基因，其中约有40%的基因与人类的相似[2]。其成虫体长约为1mm，由959个体细胞组成。其胚胎发育过程中的细胞分裂分化以及细胞的的衰老凋亡都具有高度的程序性，便于对其进行遗传学的分析。由于上述原因，秀丽隐杆线虫已经成为现代发育遗传学、遗传学、细胞生物学研究的重要模式生物。为人类认识细胞打开了一扇新的大门。 秀丽隐杆线虫在性成熟之后能够产下三百到三百五十左右的各种各样表型的幼虫。从卵到成虫只有3.5d，寿命约2~3周，非常适合实验室进行生物学研究。在发育过程中，秀丽隐杆线虫共生成1090个细胞，其中131个将会死亡，所以，野生型秀丽隐杆线虫成虫有959个细胞，并且每个细胞的位置固定不变。秀丽隐杆线虫有5对常染色体和1 对性染色体。它有两种性别：雌雄同体和雄性。雌雄同体可以自我繁殖，也可以与雄性交配繁殖。自我繁殖的大多是雌雄同体，与雄性交配的后代，50%是雌雄同体，50%是雄性。可以人为控制繁殖方式，获得理想表型。秀丽隐杆线虫的突变体非常之多，很多突变体表现出的性状在显微镜下都是清晰易见的。秀丽隐杆线虫低温冷冻保存的技术，可以将大量野生型、突变型的秀丽隐杆线虫品系保存起来[3]。1988 年，人们对秀丽隐杆线虫每个细胞的起源已经完全清楚，使得在多细胞生命体内研究一个完整无缺的单个细胞的发育和形态成为现实，对确定基因如何影响细胞的发育提供了一个重要的研究工具[4]。这些生物学特征，都为生物学家研究提供了极大地方便，也让秀丽隐杆线虫发挥出了它极大的生物学意义。也为后续的许多研究和发现打下了夯实的基础。 2.秀丽隐杆线虫的相关研究与应用 2.1 教学中的应用 研究秀丽隐杆线虫基因功能时，可以将绿色荧光蛋白作为报告基因与目的基因融合，导入到线虫体内，通过在显微镜下观察绿色荧光蛋白发出的荧光，可以推断与之紧密相连的目的基因表达的时间、表达的部位和表达数量的多少，用在教学中，非常直观[5]。秀丽隐杆线
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秀丽隐杆线虫综述
秀丽隐杆线虫综述 摘要：随着生命科学研究的不断深入，模式生物的重要性也在不断的体现出来，秀丽隐杆线虫就是其中一种非常重要的生物。对秀丽隐杆线虫的特征、研究进展及未来发展方向进行简要的综述。 关键词：秀丽隐杆线虫；研究；前景 在20世纪60年代中期S.Brenner为了研究动物的发育和神经，领先选择了以秀丽隐杆线虫为研究的实验动物[1]。现今，秀丽隐杆线虫已经成为当今生物学家研究细胞代谢与细胞生长、分化、衰老、凋亡等生命活动的协同与调节机制的重要模式生物之一。 1.秀丽隐杆线虫的生物学特征 在1998年作为人类基因组测序的一个项目，秀丽隐杆线虫的全部序列完成测定，基因组序列全长9.7×104kb，大约编码19000个基因，其中约有40%的基因与人类的相似[2]。其成虫体长约为1mm，由959个体细胞组成。其胚胎发育过程中的细胞分裂分化以及细胞的的衰老凋亡都具有高度的程序性，便于对其进行遗传学的分析。由于上述原因，秀丽隐杆线虫已经成为现代发育遗传学、遗传学、细胞生物学研究的重要模式生物。为人类认识细胞打开了一扇新的大门。 秀丽隐杆线虫在性成熟之后能够产下三百到三百五十左右的各种各样表型的幼虫。从卵到成虫只有3.5d，寿命约2~3周，非常适合实验室进行生物学研究。在发育过程中，秀丽隐杆线虫共生成1090个细胞，其中131个将会死亡，
所以，野生型秀丽隐杆线虫成虫有959个细胞，并且每个细胞的位置固定不变。秀丽隐杆线虫有5对常染色体和1 对性染色体。它有两种性别：雌雄同体和雄性。雌雄同体可以自我繁殖，也可以与雄性交配繁殖。自我繁殖的大多是雌雄同体，与雄性交配的后代，50%是雌雄同体，50%是雄性。可以人为控制繁殖方式，获得理想表型。秀丽隐杆线虫的突变体非常之多，很多突变体表现出的性状在显微镜下都是清晰易见的。秀丽隐杆线虫低温冷冻保存的技术，可以将大量野生型、突变型的秀丽隐杆线虫品系保存起来[3]。1988 年，人们对秀丽隐杆线虫每个细胞的起源已经完全清楚，使得在多细胞生命体内研究一个完整无缺的单个细胞的发育和形态成为现实，对确定基因如何影响细胞的发育提供了一个重要的研究工具[4]。这些生物学特征，都为生物学家研究提供了极大地方便，也让秀丽隐杆线虫发挥出了它极大的生物学意义。也为后续的许多研究和发现打下了夯实的基础。 2.秀丽隐杆线虫的相关研究与应用 2.1 教学中的应用 研究秀丽隐杆线虫基因功能时，可以将绿色荧光蛋白作为报告基因与目的基因融合，导入到线虫体内，通过在显微镜下观察绿色荧光蛋白发出的荧光，可以推断与之紧密相连的目的基因表达的时间、表达的部位和表达数量的多少，用在教学中，非常直观[5]。秀丽隐杆线虫运动的多样性，可以培养学生对生物的观察能力。秀丽隐杆线虫的味觉、嗅觉、对光线和温度的反应，可以成为学生研究行为学优秀的实验有机体。在秀丽隐杆线虫身上，很容易获得理想的突变性状。如，运动缺陷的秀丽隐杆线虫，可以被用作肌肉生理学教学，或
秀丽隐杆线虫在抗衰老领域应用的研究进展
龙源期刊网 https://www.360docs.net/doc/3117408854.html, 秀丽隐杆线虫在抗衰老领域应用的研究进展作者：游牧胡云虎 来源：《中国美容医学》2016年第02期 [摘要]秀丽隐杆线虫（Caenorhabditis elegans）是抗衰老研究中重要的模式生物之一，被广泛应用于抗衰老物质的筛选和抗衰老分子机制的研究中。本文回顾了近年来秀丽隐杆线虫在抗衰老领域应用的研究进展，介绍了抗衰老物质的筛选情况，系统综述了作为抗衰老物质筛选评价的生理指标和反映抗衰老机制的生化指标包括寿命、生存率、生存时间、ROS含量、脂褐 质积累以及daf-16，sod-3，gst-4，hsps基因调控情况等，指出了研究中存在的问题，展望了秀丽隐杆线虫在抗衰老研究中的应用前景。 [关键词]抗衰老；秀丽隐杆线虫；生理指标；生化指标 [中图分类号]R339.3+8 [文献标志码]A [文章编号]1008-6455（2016）02-0104-04 衰老是生物体必然的生理趋势，是一种复杂多变的过程，它和老年病的发生密切相关。延缓衰老可以减少老年病的发生，如动脉粥样硬化、冠心病等，具有重要意义。抗衰老研究往往受困于实验对象选择困难、实验周期过长、样本数有限等问题，也影响抗衰老研究在分子领域的突破。秀丽隐杆线虫（下文简称“秀丽线虫”）是一种非寄生性低等无脊椎生物，因其发育周期明确、时间短；品系资源充足，信息交流便利；易于大规模培养进行大样本量实验消除个体差异；信号通路高度保守等优势被广泛应用于抗衰老药物筛选、环境毒理学等领域的研究。本文综述了以秀丽线虫为动物模型的抗衰老研究现状，为开展相关研究工作提供参考。 1 生理指标 1.1 自然寿命 自然寿命是进行抗衰老研究分析的首选指标。秀丽线虫寿命实验通常采取同步化培养的 L4期线虫，放置在涂有实验药物的NGM培养基上，铺板第1天记录为第0天寿命，此后每天显微镜镜检记录线虫的死亡数和存活数。药物中可以添加FUDR抑制线虫产卵，也可以每天更换NGM培养基。20世纪80年代开始使用秀丽线虫筛选抗衰老药物，很多物质如维生素E、黄酮、银杏提取物、白藜芦醇等效果明显。近年研究结果显示，大量人工合成物质或者天然植物提取物也有明显的抗衰老作用。Asthana等研究显示，5μM、25μM和50μM黄金树苷处理均能够延长生命周期，其中25μM效果最为明显，可以延长15.47%。郑善清等使用含有5μM、10μM、50μM、500μM和2000μM绿原酸的培养基处理，多次独立的实验结果表明自然寿命平均能够延长21.3%，50μM处理组效果最佳，平均寿命延长25.2%。王丽萍等利用自主设计合成的抗坏血酸过氧化物酶的新型模拟酶（DhHP-6）给药处理后发现，野生型线虫平均寿命从
秀丽隐杆线虫中的RNA干扰
材料和试剂 1.蠕虫RNAi 克隆/库( Open Biosystems 或者Source BioScience LifeSciences) 2.氨苄西林(IBI Scientific) 3. IPTG (Gold Biotechnology Inc.) 4.LB 琼脂培养基: 琼脂(BD Biosciences), 胰蛋白胨(BD Biosciences), 酵母提取物(BD Biosciences), NaCl (Research Organics Inc.) 5. NGM琼脂 步骤 1. 在含有ampicillin (50 ug/ml) 的LB培养基上（选择性加四环素(1 2.5 ug/ml)）划线可以表达双链RNA的E coli.并培养过夜。 *注意:这里有两种RNA库. 一个是被Vidal和Heuvel 研究组构建并且可以从Open Biosystems公司订购; 另一个是被Julie Ahringer's 研究组构建可以从SourceBioScience LifeSciences公司订购。 2.将细菌转接到只含有ampicilin (100 ug/ml) 的3 ml LB液体培养基中37℃培养过夜。 3.将3 ml 培养液离心并且倒出上清直到剩下150 ul (浓缩到20x). 重悬沉淀. 4.将50 ul 重悬细胞转移到RNAi plate (NGM/IPTG/Ampicillin)的中心. 使它变干(用铝箔纸包好)在室温下诱导过夜(RNAi-接种板可以在用前在室温下保存2-3天。) 5.在每个板中放10-15个蠕虫卵. 在20 or 25℃条件下孵化2-6 h.吸干净培养液并且在想要的温度下孵化直到得到可以用于将来实验的时期为止。 注意:替代蠕虫卵,用漂白剂同步化蠕虫并且将饥饿的幼虫L1转移到RNAi平板上。 喂食配方 1. RNAi 平板(NGM/IPTG/Ampicillin) 用相同的配方来制做NGM 琼脂培养基但是用终浓度1mM的IPTG和100 ug/ml的氨苄来替代链霉素, 倒入小的培养皿中(35x10 MM).
秀丽线虫电子教案
秀丽线虫
秀丽线虫的研究进展 摘要：秀丽线虫(Caenorhadits elegans)是研究动物遗传、个体发育及细胞生命活动的重要模式动物。近年来利用线虫这种模式生物已经在生命科学的许多领域取得了突破性的研究成果：信号转导、衰老、细胞凋亡、热应激反应、环境科学、性别决定、神经肌肉发育、细胞分化、神经分化诱导和行为认知等。 关键词：秀丽线虫;衰老；细胞凋亡；环境科学；性别决定；神经分化诱导；行为认知 导言：秀丽隐杆线虫(Caenorhabditis elegans)在当代生命科学的发展过程中起着举足轻重的作用。近年来，随着人们对其的研究日益深人，秀丽隐杆线虫以其独特的优势成为生物学家借以了解诸多基本生命现象的优良。近年来，国际上以秀丽线虫为实验材料的生命科学研究取得了重要突破，分别在2002 年和2006 年两次获得诺贝尔生理医学奖。在国内，越来越多的科研人员开始将秀丽线虫应用于自己的研究领域。20 世纪60年代，分子遗传学的奠基人之一Brenner在和Crick等人一起确立了分子遗传学的中心法则以后，感到分子生物学的主要问题已经解决，生物学的未来应着眼于发育生物学和神经生物学等复杂问题的研究。Brenner 试图寻找一种比果蝇更简单的、具有神经细胞的多细胞生物来探索个体及神经发育的遗传调控机制。在经过了一系列的尝试后，他最终选择了秀丽线虫(C. elegans)为研究对象。在此之前，Nigon 和Dougherty等已经在秀丽线虫的营养生长和有性生殖等方面做了许多前期工作。
1、线虫作为模式动物的优势 线虫的饲养条件具有简单、廉价、易操作的特点，线虫成虫体长1mm,身体半透明,以大肠杆菌为食饵,从受精卵发育到成虫仅需不到四天时间。在自然状态下线虫是一种可以自我繁殖的雌雄同体生物,因此繁殖起来也很迅速,这种能自我繁殖的能力还非常有利于得到具有同一基因结构的纯合体线虫。另外,秀丽线虫还存在一种雄性个体,它不能自我繁殖,必须与雌雄同体的线虫交配才可繁衍后代。利用雄性个体,人们可以将突变基因从一种线虫转移到另一种线虫中去。线虫还可以像培养细胞一样保存在- 80℃。这一优势是果蝇和小鼠等模式生物所不具备的。秀丽线虫是第一个完成基因组测序的动物,它的约20 000个基因中有40%和人类基因具有同源性。同时,秀丽线虫还具有完备的发育和解剖学特征和复杂的遗传学特征。 2、秀丽线虫的研究领域 秀丽线虫的基因操作便捷,可十分方便地进行转基因、RNA干涉和突变体筛选等研究。近年来利用线虫这种模式生物已经在生命科学的许多领域取得了突破性的研究成果：信号转导、衰老、细胞凋亡、热应激反应、环境科学、性别决定、神经肌肉发育、细胞分化、神经分化诱导和行为认知等 3、秀丽线虫的研究 秀丽线虫目前已成为研究细胞凋亡、神经发育以及学习和记忆等多种复杂生命现象调控机的重要模式生物之一。 3.1 秀丽线虫(Caenorhabditis elegans)与低氧适应（细胞凋亡）
秀丽线虫的发育模式
秀丽线虫的发育模式 摘要 秀丽线虫作为经典的模式生物之一，是唯一一种其生物体内各个细胞能够被逐一盘点和归类的生物。由于它的成虫细胞总数固定，人们可以通过简单的追踪方法测绘出线虫细胞谱系，研究每一个细胞的来龙去脉。作为一种恒定细胞系示例，线虫已被证明是研究真核生物发育遗传、细胞生物学等学说的极好材料。 关键词 秀丽线虫 胚胎发育 恒定细胞系 1.1秀丽线虫的生理特征与生活周期 秀丽线虫是一种生活在土壤中，长1mm 、直径70μm 的线虫动物。它有雌雄同体和雄性两种不同的性别个体，雌雄同体可以进行自体受精，也可以与雄性个体交配。体细胞数量少，通体透明，便于观察单个细胞的分裂和分化过程。秀丽线虫受精卵的胚胎发育过程只有15h ，而孵化的幼虫经50h 便发育为成体。 秀丽线虫的生活史 除此之外，秀丽线虫可以大 量地在琼脂培养基中繁养，其幼 虫可以直接进行活体冻存和复 苏。这些也是秀丽线虫作为研究 生物发育的重要原因。 1.2秀丽线虫的性别遗传与 染色体组成 线虫通常是两性的，有XX 性染色体，外形和解剖学上看是 雌性，但它不能产卵，器官中生 殖腺还能产生精子。自体受精导 致繁殖亲近，反复杂交，突变基 因（新等位基因）在F2代就成 为纯合基因。 由于染色体不分离，偶尔会 丢失X 染色体从而产生0.2%XO 的雄性个体（相应的XXX 胚胎不能存活）。XO 雄性体与两性体交配，此时两性体扮演真正的雌性体。因此在秀丽线虫中，交叉受精和自体受精都是可能的。在交叉受精过程中，新等位基因可以被引入。 2.1秀丽线虫的胚胎发育 在秀丽线虫中，胚胎发生是以一种精确重复、代代遗传的特异模式进行的。每个体细胞都可以再建其个体发生树。秀丽线虫的每一个个体发育到相等数量细胞后发育终止，细胞谱系高度精准。 秀丽线虫的卵直径大约为50μm ，受精以后极体形成，雌雄原核融合后卵裂开始。第一次卵裂便是不对称的，它们未来不同的发育前景已被决定，产生一个前端的AB 细胞和一个后端的1P 细胞。以后AB 细胞分裂产生a AB 和p AB 细胞，1P 细胞分裂产生2P 和EMS 细胞。EMS 细胞分裂成E 细胞（将来发育成肠）和MS 细胞（图中未标出）。 秀丽线虫胚胎的卵裂