线虫

线虫

线形动物门线虫纲的假体腔动物
线虫隶属线形动物门的线虫纲(Class Nematoda),是无脊椎动物中一个很大的类群,不但种类多,而且数目也极大,估计全球约有1万余种。[1]
    中文名: 拉丁学名: 别名: 界:动物界 门:线虫动物门 亚门: 纲:线虫纲 亚纲: 目: 亚目: 科: 亚科: 族: 属: 亚属: 种: 亚种: 分布区域:寄生于动、植物,或自由生活于土壤、淡水和海水环境中 命名者及年代: 保护级别: 中文学名:线虫

原虫幼虫

线虫动物门(Aschelminthes)线虫纲(Nematoda),不少学者为之另立为一门,为假体腔动物。

是动物界中数量最丰者之一,寄生于动、植物,或自由生活于土壤、淡水和海水环境中,线虫对生命体造成各种伤害。甚至在加工过程不科学,工艺要求不合格的醋和啤酒这样稀罕的地方亦可见到。

已知约有13,000种。线虫属两侧对称,体长,通常两端尖,并具透明隔腔(消化道与体壁间充满液体的体腔)。

一般为雌雄异体,有些则为雌雄同体(即个体兼具雌雄生殖器官)。大小由肉眼不可见至长7公尺(约23尺)不等,最大者系在鲸体内发现的寄生型。

所以被寄生者生命力与寿命都会下降。营动物寄生者几乎见于寄主所有器官,惟最常寄生于消化、循环与呼吸系统。

部分种类以钩虫、后圆线虫、蛲虫、粪类圆线虫、鞭虫与小线虫等俗称为人所熟知。线虫且为丝虫病、蛔虫病与旋毛虫病等种种疾病的根源。

隐杆系列

这里所说的线虫特指秀丽隐杆线虫(Caenorhabditis elegans)是一种很小的蠕虫,是线形动物中极少数的自由生活种类,隐杆线虫是蛔虫及其他寄生线虫的幼虫,寄生在土壤层中,以微小的生命体为食,人接触到它们寄生的土壤,就会得各种综合病。

感染后的症状:寄主感染幼虫发病急,感染虫卵潜伏期过后,身体才会有症状,不敏感的人无症状,但是会有贫血、低热、烦躁、头痛、皮疹等症状。

严重的导致寄主肌体受损,组织体液的改变,身体基因的改变,皮肤粘膜、肌肉纹理的改变等。致使身体多脏器受损,导致各种并发症,危害生命。

特点

C.elegans有的特点,它是一个染色体数很少的二倍体,2n=12(有一对性染色体和5对常染色体),其基因组也很小,仅有8×107bp,约为人类基因组的3%,约有13,500个基因。

在真核生物中基因都是产生单顺反子mRNA,但唯有C.elegans与原核相似,有25%左右的基因产生多顺反子mRNA(Polycistronic mRNA),此和它们通过反式剪接使下游基因的到表达有关。

还有一个特点是其基因组中非重复序列很高,达到83%,而高等的真核生物都在50%以下,E.coli为100%,看来C.elegans在这些特点上都较接近原核生物,这也反映其在进化中的地位点较为原始。

这种蠕虫大部分是XX型,是可以自体受精的两性体(hermaphrodites)大约每500个蠕虫有1个是XO型的雄体,此是染色体不分离的结果。

2002年诺贝尔生理学或医学奖授予悉尼·布雷内(Sydney Brenner),罗伯特·霍维茨(H. Robert Horvitz),约翰·苏尔斯顿(John E. Sulston)三人。

他们获奖的原因是在20世纪60年代初期正确选择线虫作为模式生物,发现器官发育和“程序性细胞死亡”过程中的基因规则。

布雷内是分子生物学的奠基者之一,他在1965年第一次研究线虫,直到1974年才发表第一篇有关论文,其中经历了长达10年左右默默无闻的基础工作时间。

直到20世纪80年代后,线虫研究才逐渐受到国际认可,一些国家的科学家已经开始利用布雷内三人的成果,研究可以治疗因寄生虫感染导致的多种疾病的新方法。

形态特征

1、通常呈乳白、淡黄或棕红色。大小差别很大,小的不足1毫米,大的长达8毫米。多为雌雄异体,雌性较雄性的为大。虫体一般呈线柱状或圆柱状,不分节,左右对称。

假体腔内有消化、生殖和神经系统,较发达,但无呼吸和循环系统。消化系统前端为口孔,肛门开口于虫体尾端腹面。口囊和食道的大小、形状以及交合刺的数目等均有鉴别意义。

2、如杆形目虫体的食道上具有食道球及前食道球,尖尾目的食道上只有食道球,而无前食道球。蛔虫目食道简单呈圆柱状,头端有唇3个。

旋尾目食道常由前端的肌部与后端的腺部构成,头端有偶数的唇(2、4、6或更多),雄虫尾部呈螺旋状旋曲。丝虫目的食道亦常由肌部和腺部两部分构成,无唇,阴户在虫体前端。

圆形目的食道简单或呈瓶状,雄虫尾端具有由肋状物支撑的角质交合伞,往往有两根等长的交合刺。毛首目往往区分为前后两部,食道很长,呈串珠状,雄体只有一根交合刺。

膨结目的食道简单,雄虫具有肉质交合伞,无肋状物支撑,只有1根交合刺。驼形目具有单核的食道腺,无唇。

3、在中国畜禽中已发现线虫病原350余种。中常见的有:寄生在马属动物肠道的副蛔虫圆形线虫、尖尾线虫、胃线虫和皮下组织的副丝虫。

寄生在反刍动物真胃的血矛线虫、肠道的仰口线虫、食道口线虫、毛首线虫和气管的网尾线虫;寄生在猪肠道的蛔虫、类圆形线虫、旋毛线虫、肾线虫和气管的后圆线虫。

寄生在禽类肠道的禽蛔虫、异刺线虫和腺胃的华首线虫,以及寄生在犬肠道的弓首蛔虫和肾脏的膨结线虫等。

生活方式

自由方式

在自由生活的线虫种中,发育的过程通常会需要经过四次蜕皮的阶段。不同种的食性各不同,从藻类、真菌、小型动物、排泄物、生物死尸、或是活组织。

自由生活的海洋线虫非常地重要,且是小型底栖生物中很丰富的成员。一个值得注意的线虫是秀丽隐杆线虫(Caenorhabditis elegans),一个生活在土壤里的线虫种,目前以模式生物的角色活跃着

动物寄生

寄生性的线虫常有十分复杂的生命周期,在不同的寄主或是寄主身上不同的部位间不断的迁移。感染途径有食用未煮熟而含有虫卵或幼虫的肉、经由未经保护的伤口进入、直接穿入皮肤、经由吸血动物的传移等等。

人类身上常见的寄生性线虫有鞭虫(whipworm)、钩虫(hookworm)、蛲虫、蛔虫及丝虫(filarid)。旋毛虫(Trichinella spiralis)会感染老鼠、猪,及人类,引起旋毛虫病。

贝蛔虫(Baylisascaris)通常感染野生动物,但是对人类一样是致命的。扭旋血线虫/捻转血茅线虫(Haemonchus contortus)是世界各地的绵羊中最常见的寄生虫,已对羊牧场造成了巨大的经济损失。

植物寄生

植物的寄生性线虫有几个会造成巨大经济损失的类型。

最常见的几个属有:叶芽线虫(Aphelenchoides)、根结线虫(Meloidogyne)、胞囊线虫(Heterodera)、黄金线虫(Globodera)、根瘤线虫(Nacobbus)。

根腐线虫(Pratylenchus)、茎线虫(Ditylenchus)、剑线虫(Xiphinema)、长针线虫(Longidorus)、毛刺线虫(Trichodorus)等。

一些植物寄生线虫会破坏植物根的组织,并可能形成可见的虫瘿(根结线虫),这对它们的诊断是非常有用的指标。有些线虫会在它们以植物为食的时候传染植物病毒。

其中一个例子是匕首线虫(Xiphinema index),葡萄扇叶病毒(GFLV,Grapevine Fanleaf Virus),一种很重要的葡萄疾病的带菌者。

其他的线虫会攻击树皮和森林中的树。这群线虫中最重要的代表是松材线虫(Bursaphelenchus xylophilus),常见于亚洲及美洲。

研究情况

获奖成果

科学家们最早在植物(Napoli等,1990)和脉孢菌(Neurospora crassa)(Cogoni和Macino,1997)中发现了dsRNA诱导的RNA沉默现象。RNAi在这些机体中作为抗病毒的防御体系而发挥作用。

虽然在上述发现中,转基因病毒可以编码具有沉默功能的基因片断,并在复制过程中产生dsRNA,但针对RNA沉默现象的决定性发现还是由Andrew Fire和Craig Mello首先完成的。

早在几年前,在线虫中进行反义RNA实验时,Guo和Kemphues就观察到正义RNA也具有很高的基因沉默活性(Guo和Kemphues,1995)。

后来Andrew Fire(安德鲁·菲尔)和Craig Mello(克雷格·梅洛)通过实验阐明了这一反常现象:将反义RNA和正义RNA同时注射到秀丽隐杆线虫(Caenorhabditis elegans)比单独注射反义RNA诱导基因沉默的效率高10倍。

由此推断,dsRNA触发了高效的基因沉默机制并极大降低了靶mRNA水平(Fire等,1998),这是一个有关控制基因信息流程的关键机制。人们将这一现象命名为RNAi(见综述:Arenz和Schepers,2003)。

安德鲁·菲尔和克雷格·梅洛因为发现这一关键机制而获得诺贝尔生理医学奖。

RNAi的机制:基因所携带遗传信息(即单个基因的具体功能)的传递是通过名为信使RNA的分子进入细胞蛋白合成"工厂"而实现的,而基因功能的研究方法一直是研究工作的拦路虎。

安德鲁·菲尔和克雷格·梅洛通过线虫实验证实:某些线虫体分子触发了特定基因上RNA的破坏,导致蛋白无法合成,出现寄主"基因沉默",而这一过程便被称为RNAi。

天然的RNAi现象存在于植物动物和人类等真核生物的体内,在调解基因活力和预防病毒感染方面起到重要作用。

同时他们还发现了有效关闭基因表达的方法,这样当某一特定基因被"沉默"后,其功能便反向的体现出来了。线虫造成机体基因的转变,导致各种疾病。

研究价值

关于RNA的功能,以前教科书上大概有三种,一种是作为信使RNA(mRNA),是gene转录的直接产物,接下来翻译成蛋白质。所有的蛋白质都是这样合成的。

另外是转运RNA(tRNA),蛋白合成的时编码和运送氨基酸到核糖体。还有一些具有催化作用的RNA,比如核糖体的构成成分就有RNA,它们起催化作用。

但是RNAi(RNA interference)的发现,揭示了RNA的另外一个重大功能:调节gene的表达(这给gene表达的调控也增加了一个全新的概念)。

2001年,随着人类基因组测序的完成,针对其它多种生物的基因组测序计划,也相继开展起来。在未来的一段时间内,科学界将不会出现比人类基因组测序更瞩目的技术。

有人将人类基因组测序称为"21世纪科学发展史上的里程碑"、"生物学领域最重要的成就之一"。然而时隔不久,同一年在哺乳动物中发现的RNAI掀起了一场风暴,而且愈演愈烈。

《Science》杂志将RNAi称为"2002年的重大突破"(Couzin,2002)。然而,更加令人吃惊和兴奋的是,4年以后的今天,这项技术的始作俑者,安德鲁·菲尔和克雷格·梅洛就因此获得2006年诺贝尔医学奖。

一项全新的技术在提出后短短几年就得到诺贝尔奖的青睐和肯定,此前是绝无仅有的,这也足见RNAi在医学领域的开创性意义和极大的应用前景。

随着人们对多种生物体基因组序列了解的深入,RNAi技术可以帮助我们更细致地了解复杂的生理学过程。RNAi技术与基因组学、蛋白质组学和功能蛋白质组学密切相关。

RNAi本身可作为一项实验技术为生物工程及制药业等相关行业服务,从而在更深更广的领域发挥其作用。

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