【線蟲】小身材也能綻放大光芒

小線蟲（C.elegans）的諾獎(jiǎng)履歷

2002 生理或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng) Sydney Brenner John E Sulston H. Robert Horvitz

這三位科學(xué)家以構(gòu)造簡(jiǎn)單的線蟲為研究對(duì)象，在觀察線蟲的細(xì)胞生長分化過程中，發(fā)現(xiàn)多個(gè)能夠調(diào)控器官發(fā)育與細(xì)胞程序性死亡的基因；并且證明包括人類在內(nèi)的高等生物體內(nèi)也有相對(duì)應(yīng)的基因存在。

2006 生理或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng) Craig C.Mello Andrew Z.Fire

利用線蟲闡明了RNA干擾（RNA interference, RNAi）的機(jī)制。

2008 化學(xué)獎(jiǎng) Osamu Shimomura Martin Chalfie 錢永健(Roger Tsien）

三位科學(xué)家在綠色熒光蛋白（GFP）的發(fā)現(xiàn)和應(yīng)用方面所做出了杰出貢獻(xiàn)，其中Chalfie的主要貢獻(xiàn)是首次利用線蟲證明了GFP在多細(xì)胞生物中的應(yīng)用前景。

是誰將這條小蟲挑上了科學(xué)殿堂？

秀麗隱桿線蟲（C.elegans，簡(jiǎn)稱線蟲）是上個(gè)世紀(jì)七十年代才開始被人們用來作為模式生物的，把它帶進(jìn)科學(xué)殿堂來的是當(dāng)時(shí)在劍橋大學(xué)的Sydney Brenner。

來源：www.africansuccess.org

Brenner于1927年出生于南非，1954年在牛津大學(xué)獲得博士學(xué)位。1953年春，Brenner有幸成為少數(shù)幾個(gè)最早了解Watson和Crick DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的人員之一。之后他加入了位于劍橋大學(xué)的卡文迪許（Cavendish）實(shí)驗(yàn)室，和Crick一起開展分子生物學(xué)研究。

作為第一代的分子生物學(xué)家，Brenner在信使RNA（mRNA）和轉(zhuǎn)移RNA（tRNA）概念的提出，中心法則思想的形成等過程中均發(fā)揮了舉足輕重的作用，他最早用實(shí)驗(yàn)證明了編碼蛋白質(zhì)的遺傳密碼是三聯(lián)密碼子，并報(bào)道了移碼突變的現(xiàn)象。

在他尚未榮獲諾貝爾獎(jiǎng)（2002年）之前，曾有人問Watson，為什么Brenner還沒有獲獎(jiǎng)，Watson說，Sydney能夠得獎(jiǎng)的工作太多，以致頒獎(jiǎng)委員會(huì)無法決定其獲獎(jiǎng)內(nèi)容，這雖是一句玩笑，但也道出了Brenner在分子生物學(xué)領(lǐng)域的杰出貢獻(xiàn)。

60年代末，Brenner意識(shí)到分子生物學(xué)作為一門學(xué)科已經(jīng)基本確立，激動(dòng)人心的初創(chuàng)階段已經(jīng)過去，他需要尋找新的科學(xué)領(lǐng)域去探索和征服，此時(shí)的他最想了解的是發(fā)育和神經(jīng)系統(tǒng)所呈現(xiàn)出的復(fù)雜性。

在Brenner涉足之前，已有很多科學(xué)家利用其它模式生物，如海膽、大烏賊、兩棲類、小鼠等在這兩個(gè)領(lǐng)域中開展了大量工作，取得了重要的成果，但Brenner認(rèn)為這些系統(tǒng)仍然太過復(fù)雜，難以著手研究，他需要一種新的模式生物來研究他所關(guān)心的領(lǐng)域，正如他在1963年寫給劍橋科學(xué)委員會(huì)的信中所言：“我們需要一種生命周期短的多細(xì)胞生物，這種生物應(yīng)該滿足個(gè)體小，容易培養(yǎng)，可如同微生物一樣進(jìn)行大批量操作的條件。構(gòu)成身體的細(xì)胞數(shù)量相對(duì)較少，可以對(duì)構(gòu)成細(xì)胞的形態(tài)和譜系進(jìn)行窮盡性研究，可以開展遺傳分析�！� Brenner的最終選擇便是——秀麗隱桿線蟲。

秀麗隱桿線蟲（雌雄同體）解剖結(jié)構(gòu) 來源：http://post.queensu.ca/~chinsang/research/c-elegans.html

Brenner實(shí)驗(yàn)室花了近十年的時(shí)間，才發(fā)表了第一篇有關(guān)線蟲的文章，可謂是十年磨一劍。1974年，他們?cè)贕enetics上發(fā)表了題為《Genetics of Caenorhabditis elegans》的文章，公布了線蟲基因的物理圖譜，標(biāo)志著對(duì)線蟲的研究正式拉開帷幕。

此后，包括Brenner實(shí)驗(yàn)室在內(nèi)的許多研究小組利用線蟲的研究中產(chǎn)生了一批重要的原創(chuàng)性發(fā)現(xiàn)：

• 線蟲是世界上第一個(gè)被闡明所有體細(xì)胞發(fā)育譜系(cell lineage)和神經(jīng)元相互作用的多細(xì)胞生物。
• Sulston正是在追蹤線蟲細(xì)胞發(fā)育譜系時(shí)意外發(fā)現(xiàn)了細(xì)胞程序性死亡的現(xiàn)象。
• Horvitz則找到了第一批影響線蟲細(xì)胞程序性死亡的基因：ced-3,ced-4,ced-9。

隨后，細(xì)胞程序性死亡的現(xiàn)象在其它物種的發(fā)育過程中也被發(fā)現(xiàn)，并且證明這是正常發(fā)育過程所必需的，參與這一過程的基因在各物種間具有高度的保守性。

小小線蟲憑什么引起了科學(xué)家的關(guān)注？

因?yàn)榫�蟲具備的以下這些特性完全符合了Brenner當(dāng)初的預(yù)想：

• 線蟲在土壤中生活，成蟲體長1-2毫米左右，身體半透明，靠捕食微生物為生，容易在實(shí)驗(yàn)室飼養(yǎng)。
• 線蟲有雌雄同體和雄蟲兩種性別，雌雄同體可以自體受精繁育，也可與雄蟲交配優(yōu)先利用雄蟲的精子受精產(chǎn)生后代。在自然界的正常環(huán)境中，雄蟲比例非常低，約占群體的0.05%。
• 用熱休克誘導(dǎo)的方法處理雌雄同體的線蟲可大幅度增加其后代中雄蟲的比例。實(shí)驗(yàn)室條件下，通過自交，野生型雌雄同體的線蟲一生可以產(chǎn)卵近300個(gè)，如果和雄蟲交配后，可產(chǎn)卵1000枚以上。
• 在20℃的實(shí)驗(yàn)室條件下，線蟲的世代周期為3-4天，平均壽命約3周左右。
• 成年雌雄同體線蟲由959個(gè)體細(xì)胞構(gòu)成（成年雄性線蟲由1031個(gè)體細(xì)胞構(gòu)成），具有302個(gè)神經(jīng)元，有明確的器官和組織結(jié)構(gòu)。

• 線蟲生命力強(qiáng)勁，能像細(xì)菌一樣在-80度條件下長期凍存，需要時(shí)可隨時(shí)復(fù)蘇。

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線蟲的生命周期來源：http://www.scq.ubc.ca/genetic-studies-of-aging-and-longevity-in-model-organisms

生命科學(xué)研究的新寵

線蟲已成為發(fā)育生物學(xué)、神經(jīng)生物學(xué)、基因功能研究的新寵。

• 已成為研究熱點(diǎn)的小RNA，microRNA，是在線蟲中首先被發(fā)現(xiàn)并開展其功能研究的。
• 線蟲還是第一個(gè)被完整測(cè)序的多細(xì)胞真核生物，在其近2萬個(gè)蛋白編碼基因中，有60-80%與人類基因同源。
• 第一個(gè)影響壽命的信號(hào)通路-胰島素樣信號(hào)通路，也是在線蟲中首先被闡述然后在許多其它物種上也被證實(shí)的。
• 線蟲已被用于多種人類疾病的研究和藥物篩選，包括腫瘤、帕金森氏癥、老年癡呆、糖尿病、多囊腎病等。
• 和其它模式生物相比，線蟲由于壽命短、突變體多使其在衰老和壽命研究方面具有顯著的優(yōu)勢(shì)和特色。

要了解線蟲，以下網(wǎng)站你不能錯(cuò)過

Wormbase

http://www.wormbase.orgwww.wormbase.org

WormBase is an international consortium of biologists and computer scientists dedicated to providing the research community with accurate, current, accessible information concerning the genetics, genomics and biology of C. elegans and related nematodes.

Wormbook

WormBookwww.wormbook.org

WormBook is a comprehensive, open-access collection of original, peer-reviewed chapters covering topics related to the biology of Caenorhabditis elegans and other nematodes.

美國明尼蘇達(dá)大學(xué)的線蟲遺傳中心

http://www.cbs.umn.edu/CGCwww.cbs.umn.edu

作為一個(gè)公益性的研究機(jī)構(gòu)對(duì)外提供各種線蟲的突變品系，幾乎涵蓋了線蟲所有的基因。