模式生物系列——體態優雅的秀麗隱桿線蟲

今天要跟大家介紹的是我的一位老朋友——線蟲動物門的秀麗隱桿線蟲（Caenorhabditis elegans，C. elegans）。之所以說老朋友，是因為我已經與它打交道超過3年的時間了，也很期待有這麼一個機會給大家介紹介紹它。

可能大家首先注意到的是它的中文名字「秀麗」，這其實來自於它的英文「elegans」，也就是「優雅」的意思。這個名字是1900年首次發現它的法國學者émile Maupas所取的，而且也取得非常地貼切。

運動體態優美的秀麗線蟲

之前我們也提到，秀麗線蟲屬於線蟲動物門，而與它同門的親戚，其中之一就是臭名昭著的蛔蟲（Acaris lumbricoides）。可別這麼快皺眉頭，秀麗線蟲可與這些專營寄生的「倒霉親戚」不同，它是一種非寄生的線蟲，主要以細菌為食，因此不具有任何致病性。

儘管在1900年已經被發現，但是真正讓秀麗線蟲成為熱門的模式生物，還得歸功於Sydney Brenner於1963年對線蟲進行的發育生物學和神經科學的研究。從那時候開始至今五十多年的時間裡，已經有三個獲諾貝爾獎的發現是直接應用它來進行的研究，可見它對於科學界的重要性。秀麗線蟲的成蟲通體透明，只有約1毫米的長度，壽命約兩到三周，而生殖周期則更短——只有3天，每條成蟲可以產生約300個左右的卵，所以我們可以在實驗室中以短時間大批量地產生需要的實驗線蟲，因此它非常適合用來進行實驗研究（一般我們在實驗室中會先在瓊脂盤上養上大腸桿菌，然後秀麗線蟲就可以在上面生存了）。

培養秀麗線蟲的瓊脂盤（圖片出處見盤標）

同時，秀麗線蟲還有一個十分獨特的性別系統，它的兩個性別分別是雄性和雌雄同體。雌雄同體的線蟲自身既含有精巢也有卵巢，所以可以在沒有雄性的情況下實現自體繁殖；而雄性線蟲只有一套生殖系統，所以不能實現自體繁殖，只能通過與雌雄同體的線蟲交配進行雙性繁殖。這一點對於我們利用線蟲進行實驗研究具有十分重要的意義。一般情況下我們通過培養雌雄同體的線蟲，並利用它的自體繁殖，就可以保證這一線蟲基因型進行穩定遺傳，不會變；另一方面，雄性的存在，也可以為我們通過雜交在線蟲中引入其它的基因型提供便利。

利用秀麗線蟲進行研究的優點可不止以上這些。秀麗線蟲的基因組非常的小，只有1億個鹼基對，基因組內包含了6條染色體和1條線粒體基因組，因此秀麗線蟲成為了世界上第一種完成全基因測序的多細胞生物（1998年發表）。

另外還有一個「一」更加的了不起——秀麗線蟲是當今世界唯一一個身體中所有細胞都能被逐個盤點歸類的生物。什麼意思呢？我們都知道生物個體一開始都是由受精卵的一個細胞，通過不斷的細胞分裂與分化發育而成的，簡單來說就是「一分二、二分四、四分八……」。雌雄同體的秀麗線蟲成蟲有959個體細胞（雄蟲有1031個），而這959個細胞分別是由哪個細胞分裂而來、位置在哪，科學家們都已經一一確定。這一項偉大的工作是由Brenner實驗室的另一名英國科學家John Sulston於1983年完成的。大家要知道，在七八十年到的時候，我們還沒有如今的種種先進儀器，Sulston是如何一個個確定並繪製這些細胞的譜系圖的呢？沒錯，全靠肉眼數！Sulston就在顯微鏡中，從一個受精卵開始，一步一步地硬是一直數到了成蟲總共1090個細胞（其中有131個細胞在發育過程中發生了凋亡），並把這每一個細胞的譜系和位置都繪製了出來。可見下圖。

Sulston在顯微鏡下觀察的秀麗線蟲受精卵（SulstonJ等，1983）

Sulston繪製的分裂開始270分鐘的秀麗線蟲受精卵（SulstonJ等，1983）

Sulston以堅忍不拔的毅力完成的這個成果，使得科學家們能夠在活體線蟲的單個細胞水平上進行遺傳發育調控機制的研究。在Sulston的基礎上，美國科學家Robert Horvitz等在線蟲中揭示了細胞程序性死亡（凋亡）的遺傳調控機理。所以在2002年，為了表彰Brenner、Sulston和Horvitz三人的突出貢獻，他們共同分享了當年的諾貝爾生理學或醫學獎。

如今，科學家們利用秀麗線蟲進行著各種方面的研究，包括細胞凋亡機理、細胞的基本活動、神經系統發育、人類基因功能與疾病、衰老，甚至動物睡眠研究等各方面，可謂貢獻卓越。

文章的最後給大家欣賞一張我曾經拍攝的以不同脂質熒光染料染色秀麗線蟲的照片吧。

原創聲明：

1. 本文為創享空間特邀科普作者Mr-HH的原創文章，歡迎分享至朋友圈，轉載請務必聯繫後台，感謝支持原創！

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