线虫是如何发育出肠道的?

考虑到在秀丽隐杆线虫中负责指定肠道的基因在其他线虫中不存在，与研究得最好的秀丽隐杆线虫(Caenorhabditis elegans)有远缘关系的线虫是如何制造它们的肠道的?这场大流行帮助加州大学河滨分校的一对夫妻研究小组解开了这个谜团。

　　

   

   

图片显示的是一只幼年的C. angaria幼虫，大约150微米长。    

图源:加州大学河滨分校

如果不是COVID-19大流行，可能就不会有关于线虫(细长圆柱形蠕虫)发育的重要发现。

随着2020-2021年大学和学校的大多数课程和会议都转移到网上，加州大学河滨分校的一对夫妻研究团队终于有时间探索他们思考了很长时间的一个问题:线虫与被研究得最好的线虫是如何远缘关系的，考虑到负责指定肠道的基因在其他线虫中不存在吗?

“大流行为我们腾出了一些时间来思考，当大流行缓解时，我们希望推进哪些研究，幸运的是，我们进行的一项实验得出了令人惊讶的结果。事实证明，一个更简单的基因网络似乎涉及到指定与线虫有关的肠道． 一种祖先似乎复制并扩展了这个简单的基因网络，使其变得更复杂，而这个复杂的网络就是我们一直在研究的那个秀丽隐杆线虫”。

部分原因在于它的发展速度，秀丽隐杆线虫是生物学科中最广泛使用的模式生物之一，特别是在研究基因如何协调发育方面。大约一毫米长，秀丽隐杆线虫它像土壤中的清道夫一样生活，以腐烂食物上的细菌等微生物为食。线虫是雄性或雌雄同体(有雄性和雌性生殖器官)，自由生活。它既不是人类也不是植物寄生虫，也不会感染或伤害科学家已知的任何生物体。

Morris Maduro目前是分子、细胞和系统生物学系主任，他对秀丽隐杆线虫以及其他线虫超过20年。他解释说，线虫的解剖结构很简单。

“大约20年前，我们和其他人发现，导致E细胞成为肠道祖细胞的基因网络涉及几个基因，这些基因都与一种称为GATA因子的转录因子家族有关。”

这一实验室长期以来一直在研究转录因子是如何在早期动物胚胎中起作用的，转录因子是激活基因表达的蛋白质。

Maduro说:“转录因子在我们所说的基因网络中起作用，这在生物学中不仅对植物和动物的发育很重要，而且对生物体如何应对环境变化，甚至肿瘤细胞如何改变其特性也很重要。”

他解释说，生物体中的蛋白质可以被认为是基因工具箱的一部分。

“想象一个工具箱，里面有锤子、螺丝刀和钻头等工具，”他说。“你可以用同样的工具做书架或盖房子。尽管书架看起来与房子不同，但它们可以用相同的工具包建造。同样，生命形式也能找到各种方法来利用蛋白质，蛋白质是基因的产物。然而，随着时间的推移，不同的基因被激活，导致细胞在动物或植物中执行某些功能。由此产生的基因网络涉及使用相同类型转录因子的不同方式。”

Maduro和他的妻子Broitman-Maduro，发现他们研究了多年的基因，这说明大多数其他线虫都没有肠道，这让他们想知道这些线虫的肠道是如何形成的。

“在2021年底，随着大流行的缓解，我们决定看看一个远亲秀丽隐杆线虫,被称为c . angaria看看我们是否能弄清楚它是如何形成肠道的。这是一个可能性不大的实验，因为我们并没有指望弄清楚。然而，在短短几个月的时间里，我们发现了GATA的诸多因素秀丽隐杆线虫仅仅是一个因素c . angaria． 这个单一因子ELT-3实际上存在于秀丽隐杆线虫但它没有同样的功能。”

在秀丽隐杆线虫已知ELT-3因子参与应激反应，其功能被另外两个基因END-1和END-3的功能所取代。就像在c . angaria当ELT-3被删除时，肠道进入秀丽隐杆线虫当END-1和END-3都缺失时不能形成。

“从本质上讲，我们正在研究一个生物系统，它保留了一个更简单的网络，从进化的早期时期开始——可能是2000万至5000万年前——我们可以将它与从它进化而来的更复杂的版本进行比较。”“通过观察细胞内部，我们可以了解发育机制是如何随着时间而变化的。就好像我们有一台时间机器，可以看到祖先秀丽隐杆线虫并了解进化是如何导致一种基因网络的版本转变为另一种，而不会显著改变蠕虫的外观。这些变化是内在的，发生在‘引擎盖下’，并提供了一个绝佳的机会来了解大自然如何找到不同的方式来达到相同的终点。”

“我们正在努力更详细地研究这个想法。现在我们知道了这些远亲线虫的肠道是什么，我们计划通过观察一个更远亲的物种，来调查这种机制是否更广泛地保守”。

文章标题

The ELT-3 GATA factor specifies endoderm in Caenorhabditis angaria in an ancestral gene network.