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秀丽隐杆线虫肠发育过程中的基因表达和可变剪接动态时序分析

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基因组学与应用生物学 2022年第6期41卷 1215-1226页

作者：王伟刘喆邢永强内蒙古科技大学生命科学与技术学院包头014010 内蒙古自治区功能基因组生物信息学重点实验室包头014010

本工作从NCBI数据库(https://www.***.nlm.***.gov/)获取了秀丽隐杆线虫(Caenorhabditis elegans)自胚胎分离的120 min到分离后480 min共5个时序点(T0、T1、T2、T3、T4)的10个肠组织样本的RNA-seq测序数据,质控后平均读段数1.3×10^(7);构建了秀丽隐杆线虫肠组织发育过程中的基因表达矩阵(20191/基因数×10/样本数),识别了不同时序点间的差异表达基因;建立了每个时序点的可变剪接图谱,并识别了不同时序点间的差异可变剪接事件。结果表明,随着原肠形成的进行,源于内胚层的肠组织中大量基因的表达量上调,保证了原肠运动过程中细胞大量增殖的精准调控。可变3′在肠组织5个时序点中的平均占比最高,外显子跳跃、可变5′、内含子保留的平均占比相近。相较其他4个时序点,T1时序点的可变剪接丰度最大,表明可变剪接在原肠运动起始阶段有着重要的调控作用。肠组织增殖期的起始阶段(T0)与增殖期后期(T3)和型态形成期(T4)间的差异可变剪接事件丰度较高,表明部分基因通过形成不同的异构体参与秀丽隐杆线虫肠发育调控。不同发育阶段的基因表达和可变剪接事件的功能分析显示,可变剪接在发育成肠组织的内胚层原肠形成过程中有着重要的调控作用。该工作为从可变剪接层次研究秀丽隐杆线虫肠发育调控机制和相关实验的开展提供了重要的参考。

关键词：秀丽隐杆线虫差异表达基因可变剪接时序特异性

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秀丽隐杆线虫模型在食品安全研究中的应用

中国食品学报 2020年第6期20卷 312-323页

作者：夏程程杨番钟晓凌李琴李茜张智源史文博徐宁吴茜胡勇柳志杰汪超周梦舟湖北工业大学工业发酵湖北省协同创新中心湖北省食品发酵工程技术研究中心武汉430068 武汉市环境检测中心武汉430015 湖北省阿克瑞德检验检测有限公司武汉430077

食品安全涉及民生,一直以来都是研究的热点。在食品安全研究中,需要通过动物实验评价其毒理等性质,然而因伦理、成本和实验周期等问题而受到一定限制。因秀丽隐杆线虫结构简单、试验周期短以及信号通路高度保守等特性而为食品安全快速... 详细信息

食品安全涉及民生,一直以来都是研究的热点。在食品安全研究中,需要通过动物实验评价其毒理等性质,然而因伦理、成本和实验周期等问题而受到一定限制。因秀丽隐杆线虫结构简单、试验周期短以及信号通路高度保守等特性而为食品安全快速评价提供了一个新选择。本文详细介绍了秀丽隐杆线虫的同源性、免疫防御机制的保守性以及在食品安全方面的应用研究,包括各种外界危害因子的毒性机理和线虫自身的免疫防御的调控机制等,并分析了秀丽隐杆线虫的应用前景,为秀丽隐杆线虫在食品安全评价中的应用提供一定的参考。

关键词：食品安全秀丽隐杆线虫信号通路应用

秀丽隐杆线虫对不同氧浓度的应答及其调控机制研究进展

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生理学报 2020年第3期72卷 407-417页

作者：贺娉康娜娄萍萍涂海军湖南大学生物学院神经科学研究所长沙410082 湖南大学深圳研究院深圳518000

不同地理位置的人类生活环境中氧气水平不同,与人体的正常生理功能密切相关。体内氧气的减少会引发多种疾病,如大脑缺血、缺氧导致的脑卒中。近年来利用秀丽隐杆线虫(Caenorhabditis elegans,简称线虫)作为模式生物研究机体对不同氧浓... 详细信息

不同地理位置的人类生活环境中氧气水平不同,与人体的正常生理功能密切相关。体内氧气的减少会引发多种疾病,如大脑缺血、缺氧导致的脑卒中。近年来利用秀丽隐杆线虫(Caenorhabditis elegans,简称线虫)作为模式生物研究机体对不同氧浓度应答和调控机制取得了长足进展。研究表明,线虫会逃避氧浓度过高或过低的环境,并对周围氧气浓度的变化有适应性,而且其在不同程度低氧环境中存在不同的应答与调控机制。本文综述了近年来线虫对不同氧气浓度的反应和调控机制研究进展。

关键词：秀丽隐杆线虫氧气浓度低氧/无氧敏感与耐受缺血性脑卒中

秀丽隐杆线虫氧化应激反应在饮用水水质监测方面的应用研究

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秀丽隐杆线虫氧化应激反应在饮用水水质监测方面的应用研究

作者：王艳华中科技大学

学位级别：硕士

饮用水水质安全对人类健康至关重要。目前饮用水的质量主要采用化学分析来评价,但存在监测指标有限、检测方法繁琐昂贵耗时、不能反映污染物综合毒性效应的局限。生物毒性试验可测试饮用水的毒性来综合反映饮用水中全体污染物的潜在危害... 详细信息

饮用水水质安全对人类健康至关重要。目前饮用水的质量主要采用化学分析来评价,但存在监测指标有限、检测方法繁琐昂贵耗时、不能反映污染物综合毒性效应的局限。生物毒性试验可测试饮用水的毒性来综合反映饮用水中全体污染物的潜在危害,且一些生物毒性试验操作简便、测量快速,因而是水质常规监测的有效补充手段。氧化应激反应是生物体基本防御机制,基于Nrf2-ARE的抗氧化反应通路已用于众多环境污染物和一些环境样本的毒性测试,但用于饮用水水质检测的报道很少。本研究以基于秀丽隐杆线虫(Caenorhabditis elegans,C.elegans)氧化应激反应的生物效应监测技术(VP596方法)为对象,分析了饮用水中典型污染物及其混合物、饮用水实际样品和其有机提取物对C.elegans gst-4荧光标记蛋白(Pgst-4::GFP)表达的诱导效应,从而评估VP596方法应用于饮用水水质监测的可行性和效能,以期为饮用水水质安全监测提供技术支持。目的:探索VP596方法应用于饮用水水质监测的可行性和效能。方法:通过致死毒性试验获取As、NO-N、F、Al、CHCl、有效氯(以Cl含量表征)和饮用水水样有机提取物对C.elegans致死效应的量效关系;基于10%致死浓度(LC)设置各染毒物质用于VP596方法的最高剂量。用7 m M丙烯酰胺对C.elegans进行不同染毒时长下的Pgst-4::GFP表达诱导,确定VP596方法的染毒时间。分别用一系列浓度的As、NO-N、F、Al、CHCl、Cl和有机提取物对C.elegans进行Pgst-4::GFP诱导;再通过正交设计得到As、NO-N、F、Al、CHCl和Cl不同浓度组合的混合物,分析其对C.elegans Pgst-4::GFP的联合诱导作用。最后分析采集自A、B两个自来水厂的水源水、出厂水和管网末梢水样品以及部分水样的有机提取物对C.elegans Pgst-4::GFP的诱导效应。结果:1 As、NO-N、F、Al和Cl的24 h LC分别为76.89(95%CI:63.96,87.82)mg/L、3341.66(95%CI:2673.98,3820.46)mg/L、107.68(95%CI:94.50,119.28)mg/L、12.15(95%CI:7.65,17.63)mg/L和7.77(95%CI:6.66,8.71)mg/L。CHCl浓度为1200 mg/L时对C.elegans存活无影响。水样有机提取物在100和200的相对浓缩倍数(relative enrichment factor,REF)对C.elegans无致死效应;在300 REF时,仅2018年7月的A水厂出厂水、2018年11月B水厂水源水和2018年12月B水厂管网水有机提取物导致C.elegans死亡率明显增加。2丙烯酰胺诱导Pgst-4::GFP表达的时效关系结果显示,染毒时间越长Pgst-4::GFP表达越强烈,在12 h达到较高水平;出于减少染毒时长的考虑,确定VP596方法采用12 h的染毒时间。通过测定大量Pgst-4::GFP背景表达水平,初步认为和对组的背景表达(设定为1)相比,污染物暴露导致超出背景水平+3倍标准差的Pgst-4::GFP表达为具有氧化应激诱导效应(即VP596试验阳性)。进一步结合文献资料,最终确定暴露导致1.5倍及以上的诱导比为VP596试验阳性。3 As、Cl分别在10 mg/L、3 mg/L时诱导C.elegans Pgst-4::GFP表达,而NO-N,F、Al和CHCl分别在1000 mg/L、100 mg/L、12.8 mg/L和60 mg/L时未见Pgst-4::GFP表达诱导;As、NO-N、F、Al、CHCl和Cl的六元混合物不能诱导Pgst-4::GFP表达。4 64个饮用水样品均未诱导C.elegans氧化应激反应。9.38%(3/32)的水源水样品诱导C.elegans氧化应激反应。24.0%(6/25)水样有机提取物诱导C.elegans氧化应激反应;仅2018年9月的A水厂水源水有机提取物在100 REF时诱导氧化应激反应,其余有机提取物均在200 REF时诱导氧化应激反应。结论:1基于C.elegans氧化应激反应的VP596方法用于饮用水安全的常规筛查的价值有限。当然,VP596方法可通过检测饮用水有机提取物的生物效应的方式,成为一种饮用水水质监测的补充手段。2饮用水中常规浓度的余氯对VP596方法的干扰可忽略,对C.elegans的存活无影响。无需进行饮水脱氯前处理成为基于C.elegans的水质监测方法相对基于细胞或其它模式生物的监测方法的潜在优势。3 VP596方法可辅助常规监测技术用于水源水水质评价以及自来水处理厂污染物去除效果评估。

关键词：饮用水水质监测秀丽隐杆线虫氧化应激生物监测

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秀丽隐杆线虫作为电离辐射模型的研究进展

中华放射医学与防护杂志 2019年第6期39卷 471-475页

作者：刘梦宜陈利娜张超南方医科大学南方医院肾内科广州510000 湘南学院基础医学院生物化学教研室郴州423000 南方医科大学基础医学院生物化学与分子生物学学系广州510000

随着放射治疗在肿瘤治疗中的地位日益显著,如何减轻放疗的副作用也逐渐成为研究的热点。秀丽隐杆线虫(Caenorhabditis elegans)因其独特的优势成为一个良好的研究电离辐射的模型。近年来,国内外利用线虫模型对电离辐射特性的研究日益增... 详细信息

随着放射治疗在肿瘤治疗中的地位日益显著,如何减轻放疗的副作用也逐渐成为研究的热点。秀丽隐杆线虫(Caenorhabditis elegans)因其独特的优势成为一个良好的研究电离辐射的模型。近年来,国内外利用线虫模型对电离辐射特性的研究日益增多。本文简要综述了电离辐射对线虫的影响以及相关机制。

关键词：电离辐射秀丽隐杆线虫生殖细胞

秀丽隐杆线虫基因组编码区的碱基分布特征参数研究

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重庆师范大学学报（自然科学版） 2020年第3期37卷 14-20页

作者：李勃方斌陶靖心刘明伟重庆师范大学生命科学学院重庆401331 武汉生物制品研究所有限责任公司武汉430207 重庆医科大学检验医学院重庆401331

【目的】考察秀丽隐杆线虫(Caenorhabditis elegans)基因组编码区(Coding sequences,CDSs)的碱基使用特点,并提炼出能够区分CDSs与非编码区的碱基成分偏移特征参数。【方法】在研究碱基成分偏移特性基础上,定义一个新的参数d,探索d值的... 详细信息

【目的】考察秀丽隐杆线虫(Caenorhabditis elegans)基因组编码区(Coding sequences,CDSs)的碱基使用特点,并提炼出能够区分CDSs与非编码区的碱基成分偏移特征参数。【方法】在研究碱基成分偏移特性基础上,定义一个新的参数d,探索d值的分布规律;采用从秀丽隐杆线虫基因组6类不同的DNA序列中随机抽样的方式,分析并验证该指标作为基因组CDSs特征参数的可行性。【结果】参数d经过线性变换后近似服从对数正态分布;抽样分析显示分别有81.6%的CDSs、70.7%的外显子、21.8%的内含子、4.7%的随机序列、17.8%的5′非翻译区和31.4%的3′非翻译区落在d值变换后的特征取值区间内,即被预测为基因组CDSs。【结论】碱基成分偏移指数d可以作为表征基因组编码区的特征参数,它的特定取值区间能很好地区分CDSs(或开放阅读框及它的子片段)和其他非编码区。

关键词：秀丽隐杆线虫编码区碱基成分偏移数据挖掘特征参数

秀丽隐杆线虫小热休克蛋白的时间空间特异性表达及活化机制研究

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秀丽隐杆线虫小热休克蛋白的时间空间特异性表达及活化机制研究

作者：李惠军苏州大学

学位级别：硕士

小热休克蛋白是热休克蛋白超家族中分子量较小一类蛋白,其分子量大小在12-43 kDa之间。小热休克蛋白在进化上高度保守,其重要特征为含有一个核心的α-晶体蛋白结构域作为小热休克蛋白发挥功能的主要结构域。小热休克蛋白具有分子伴侣活... 详细信息

小热休克蛋白是热休克蛋白超家族中分子量较小一类蛋白,其分子量大小在12-43 kDa之间。小热休克蛋白在进化上高度保守,其重要特征为含有一个核心的α-晶体蛋白结构域作为小热休克蛋白发挥功能的主要结构域。小热休克蛋白具有分子伴侣活性,这一功能对于维持细胞内的蛋白稳态具有十分重要的作用。在高温、高渗和氧化应激等特定压力条件下,小热休克蛋白可以通过转录途径上调表达,从而发挥保护功能。在本课题中,我们想探究生物体中诸多的小热休克蛋白如何在上皮细胞中协同发挥作用,以及是否存在转录上调外的其他活化途径可以调控小热休克蛋白的活性。这里我们选用了秀丽隐杆线虫为研究模型。秀丽线虫对环境温度改变十分敏感,并且在热应激反应相关的研究中,秀丽线虫也是运用较多的模式生物。更重要的是,秀丽线虫小热休克蛋白与哺乳动物小热休克蛋白具有较高的同源性。我们首先建立了秀丽线虫17个小热休克蛋白的时间和空间表达谱。通过构建表达小热休克蛋白与绿色荧光蛋白融合蛋白的转基因虫株,我们发现常规培养条件下在表皮上皮细胞中持续表达的只有HSP-43,在缝细胞中表达的有HSP-17,在体壁肌肉中表达的有HSP-12.1、HSP-25、Y55F3BR.6和ZK1128.7,在肠道中表达的有HSP-12.3、HSP-17和SIP-1,在受精囊中表达的有HSP-43,在咽部表达的有F08H9.3,在雄性尾部表达的有F08H9.4。其他小热休克蛋白在正常条件下的各种组织器官中都没有检测到明显的表达。我们接下来对线虫在不同温度条件下进行了热激处理,结果发现除了 F08H9.4、Y55F3BR.6和ZK1128.7,其他14个小热休克蛋白在热激处理后都发生了明显的表达上调。我们还观察到,所有受热激调控上调表达的小热休克蛋白,其上调速度都比较慢,都需要较长时间的热激处理或热激后恢复。值得注意的是,我们发现定位在半桥粒上的HSP-43经过热激处理后,会在上皮细胞胞浆中快速形成点状聚集。这个过程要明显快于其他小热休克蛋白在热激后经由转录途径上调表达的过程。通过实时荧光定量PCR以及单分子荧光原位杂交技术对hsp-43的mRNA水平进行分析,我们发现热激处理并不会影响hsp-43的mRNA水平。我们还对热激相关转录因子hsf-1以及daf-16进行了 RNAi敲降,结果显示HSF-1和DAF-16也不会影响HSP-43在热激处理后的空间定位。这说明热激后HSP-43的空间定位变化不受转录途径的调控。随后,我们使用在上皮特异性表达且不受热激调控的Pdpy-7启动子,来替代hsp-43自身的启动子。我们通过差速离心的方式,将线虫胞浆内容物以及非胞浆部分分离,然后通过蛋白质印迹法检测了热激后胞浆中以及半桥粒区域HSP-43的蛋白质水平。我们发现热激后上皮细胞胞浆中出现的HSP-43聚集,来自于半桥粒区域储存的HSP-43分子。通过不同时长的热激处理,我们发现HSP-43从半桥粒释放的过程对高温条件十分敏感。我们还对线虫进行了高渗、氧化、重金属和饥饿应激处理,结果显示这些应激条件都不影响HSP-43的空间定位。在本课题组之前的研究中我们发现HSP-43的α-晶体蛋白结构域和C-末端结构域主要负责与半桥粒结合,分别删除这两个结构域后HSP-43的蛋白质水平会显著降低。而当我们使用蛋白酶体抑制剂MG132抑制蛋白酶体的功能时,两者的蛋白质水平会显著提高,这说明脱离半桥粒的HSP-43会被蛋白酶体降解。我们接下来探究了与半桥粒结合是否会影响HSP-43的热激保护功能,当与HSP-43结合的半桥粒底膜受体let-805被敲降时,秀丽线虫的热耐受能力会显著降低,所以我们认为与半桥粒结合,可以确保HSP-43发挥热激保护功能。综上所述,在正常条件下秀丽线虫多数小热休克蛋白呈现了明显的组织特异性分布,在表皮上皮细胞中只有HSP-43呈持续性表达并且定位在半桥粒上。大多数小热休克蛋白在热激处理之后都会发生明显的表达上调,但它们通过转录途径激活的过程都比较慢,无法为机体提供及时的保护。同时,能够诱导小热休克蛋白表达上调的温度条件都不尽相同,这说明它们可能负责不同温度条件下对机体的保护任务。在表皮上皮细胞中,热激可以快速诱导HSP-43从半桥粒上释放至胞浆中,并且这个过程不依赖转录途径的调控。我们还发现与半桥粒结合可以保护HSP-43不被蛋白酶体降解,并且与半桥粒结合对于HSP-43发挥热激保护功能具有十分重要的意义。本课题的研究可帮助我们更全面地了解小热休克蛋白在应激条件下的激活方式,也提示我们细胞黏着结构在抵抗外界压力条件时可能发挥的重要作用。

关键词：小热休克蛋白上皮细胞半桥粒秀丽隐杆线虫

秀丽隐杆线虫模型在阿尔茨海默病研究中的应用

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中国药理学通报 2020年第3期36卷 317-321页

作者：唐晓丽杨依刘悦方芳北京中医药大学中药学院中药药理系北京102488

阿尔茨海默病(Alzheimer s disease,AD)是一种与衰老相关的神经退行性疾病,以Aβ沉积和Tau蛋白过度磷酸化为主要病理特征。秀丽隐杆线虫以其神经系统结构简单、遗传信息清晰等优势而作为一种AD研究的模式生物,尤其是人源Aβ1-42和Tau转... 详细信息

阿尔茨海默病(Alzheimer s disease,AD)是一种与衰老相关的神经退行性疾病,以Aβ沉积和Tau蛋白过度磷酸化为主要病理特征。秀丽隐杆线虫以其神经系统结构简单、遗传信息清晰等优势而作为一种AD研究的模式生物,尤其是人源Aβ1-42和Tau转基因线虫(CL2006/P301L)已被广泛应用。本文简述秀丽隐杆线虫及其AD模型,总结近几年应用模型线虫研究AD病理机制的文献,为进一步筛选治疗AD的药物提供可靠的线索和思路。

关键词：阿尔茨海默病秀丽隐杆线虫 Aβ毒性 Tau蛋白氧化应激蛋白质稳态

秀丽隐杆线虫固有免疫功能神经调控机制研究进展

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遗传 2018年第12期40卷 1066-1074页

作者：张秀妹高洁陈春红涂海军湖南大学生物学院神经科学研究所长沙410082 湖南大学深圳研究院深圳518000

固有免疫系统是动植物个体应对外来微生物侵入感染时非常重要的抵御防线。秀丽隐杆线虫(Caenorhabditis elegans,简称线虫)作为研究宿主与病原菌之间相互作用的经典模式动物,近年来在神经和免疫之间相互作用的分子与遗传机制等方面的研... 详细信息

固有免疫系统是动植物个体应对外来微生物侵入感染时非常重要的抵御防线。秀丽隐杆线虫(Caenorhabditis elegans,简称线虫)作为研究宿主与病原菌之间相互作用的经典模式动物,近年来在神经和免疫之间相互作用的分子与遗传机制等方面的研究取得了长足进展。研究表明,线虫神经元通过释放神经递质与神经多肽(如多巴胺、NLP-20)等,激活相关信号通路途经,参与线虫对病原菌的识别、逃避、调节物理屏障防御能力和激活固有免疫反应,并表达分泌抗菌肽以清除病原菌等的调控进程。本文综述了线虫神经系统调控固有免疫功能机制的最新研究进展,为人们深入了解神经与免疫系统间相互作用的功能分子及其调控机制和揭示人类神经与免疫系统相关疾病的病理机理提供了重要信息。

关键词：秀丽隐杆线虫神经元固有免疫神经递质抗菌肽