解锁“蠕虫链”

包括圣路易斯华盛顿大学的 B. Duygu Özpolat 在内的一个国际科学家团队发表了第一张普里 什蒂纳莱迪 （普里什蒂纳）单细胞图谱，普里什蒂纳是水若虫，一种具有非凡再生能力的分段环节动物，一个多世纪以来一直吸引着生物学家。

蚯蚓——包括其中最熟悉的蚯蚓——是一种分布广泛、高度多样化、对经济和环境具有重要意义的动物群。

大多数环节动物可以再生缺失的身体部位，许多环节动物能够无性繁殖。但参与这些过程的成体干细胞群，以及干细胞产生的细胞类型的多样性，仍然未知。

这种特殊的蠕虫普里什蒂纳在 1800 年代首次引起了生物学家的注意，并且一直是人们非常感兴趣的对象。在实验室条件下，普里什蒂纳生长非常迅速，并通过无性繁殖产生自身的副本。

使用一种称为paratomic fission的机制，蠕虫开始从单个身体节段内形成和区分新的头和尾节，产生所谓的“蠕虫链”。最终，这些克隆分离并成为不同的个体。

“这些蠕虫不断产生所有身体部位，因此产生所有成体细胞类型，”艺术与科学生物学助理教授Özpolat说。

总而言之，这种蠕虫的新单细胞图谱汇集了75,218个单细胞转录组，这些单细胞转录组表征了所有主要的环节动物细胞类型，包括环节动物肠道中区域表达基因的复杂模式，以及神经元，肌肉和表皮特异性基因。该研究发表在《自然通讯》上。

“我们想了解像普里什蒂纳这样的不同生物是如何进化到在其一生中不断生长和再生的，参与这些过程的细胞的性质以及它们具有的分子特征，”Özpolat说。

“不同的生物进化出不同的策略，”她说。“我们从蠕虫身上学到的细胞和遗传机制不仅有助于我们更好地了解这些迷人的生物，而且还可以为干细胞技术和再生医学提供信息。

“奇怪的是，这些蠕虫可以无限期地维持成体干细胞，”Özpolat说。

“我们已经从单个个体中培育出数千个克隆，我们的蠕虫培养仍然很强大。

分段现实

厄兹波拉特与英国埃克塞特大学的乔迪·索拉纳（Jordi Solana）和马德里自治大学的帕特里夏·阿尔瓦雷斯-坎波斯（Patricia Álvarez-Campos）合作，为普里什蒂纳制作并绘制了单细胞图谱。索拉纳和他的团队以前专注于一种不同类型的蠕虫的干细胞：涡虫或扁虫。

普里什蒂纳对合并后的团队来说是一个新的挑战。像普里什蒂纳这样的环节动物的身体由一系列节段组成，尾端有一个生长区，从两个同心圆的干细胞中连续产生新的节段。

然后是普里什蒂纳不寻常的萌芽或制造链条的倾向。

“当动物达到一定大小时，它会以某种方式感觉到它已经达到了分裂的门槛，”Özpolat说。“于是，它开始长出一个头，然后在身体中间长出一条新的尾巴。这意味着它必须将过去包含肠道的片段完全重组为现在将拥有新大脑或新卵巢和睾丸的片段。

作为一名博士后学者，厄兹波拉特最感兴趣的是蠕虫如何制造新的性腺，作为这种链状生殖过程的一部分。

对于她未来的研究方向，她计划也关注肠道。

“使用单细胞图谱，你可以把整个生物体分成单独的细胞。然后你分别观察每个细胞中的基因表达，“她说。“然后，根据它们在基因表达模式方面的相似性，将它们分组到这些图谱中。

“我们发现了我们甚至不知道存在于这种动物身上的细胞类型，”Özpolat说。“它的肠道是如此整齐和具体。在这个小小的蠕虫中，大约有12种不同的肠道细胞类型，这对我们已经在进行的未来项目来说将非常有趣。

“它现在打开了很多门，你可以想象这些不同的细胞类型，以及它们在裂变和再生过程中的行为，”她说。