معلومة

ما هو الفرق بين هذه الديدان: Caenorhabditis elegans و Eisenia fetida؟

ما هو الفرق بين هذه الديدان: Caenorhabditis elegans و Eisenia fetida؟


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

أحب التسميد بالديدان (أستخدم الديدان المتذبذبة الحمراء) ، لكني أتساءل عن مدى تشابه أو اختلاف أنواع معينة انيقة و ايزينيا فتيدا نكون؟


أنواع معينة انيقة هو دودة خيطية. ايزينيا فتيدا هو دنيلي. كلاهما من lophotrochozoans (بشكل أكثر تحديدًا ، trochozoans).

وقت الاختلاف

وفقًا لمايكل لينش ، هناك حوالي 41 بديلاً للأحماض الأمينية لكل موقع بين Annelida و Nematoda. وفقًا لبيانات لينش ، قدرت أن هذا الاختلاف يساوي تقريبًا 100 مليون سنة.

لذلك ، بافتراض أن معدل التطور الجزيئي كان ثابتًا ، فإن أسلافهم المشتركين عاشوا منذ حوالي 100 مليون سنة.

الفرق في علم التشريح

الديدان الخيطية لها كاذبة كاذبة بينما تحتوي الحلقات على eucoelom. لذلك لا تحتوي الديدان الخيطية على نظام دم وعائي. ومع ذلك ، فإن الحلقات لديها واحدة. تفتقر النيماتودا أيضًا إلى طبقة من العضلات الدائرية التي تمتلكها الحلقيات. تسمح هذه الطبقة من العضلات للحلقيات بالتحرك عن طريق تقصير وإطالة أجسامهم.

C. ايليجانس على وجه الخصوص ليس لديها جنس أنثى. لا يوجد سوى ذكور الديدان والديدان خنثى. يمكن للذكور فقط تخصيب الديدان الأخرى.

E. الجنين خنثى ويمكن لاثنين منهم تخصيب بعضهما البعض.


نظرة ثاقبة لبيولوجيا الزنك والكادميوم في الديدان الخيطية أنواع معينة انيقة ☆

وصف دور أربعة ناقلات الزنك العائلية CDF التي تتوسط في تهريب الزنك والتوازن الداخلي في أنواع معينة انيقة.

مراجعة آليات تنظيم النسخ استجابة لارتفاع الزنك والكادميوم في C. ايليجانس.

وصف حالتين حيث تؤثر بيولوجيا الزنك على تحديد مصير الخلية خلالهما C. ايليجانس تطوير.

تلخيص التحليل الجيني لحساسية ومقاومة سمية الزنك والكادميوم.

مراجعة طرق تصور وقياس الزنك في C. ايليجانس.


خلفية

يمكن تتبع تاريخ الذخائر غير الحساسة (IMs) إلى يونيو 1978 عندما اتفقت وزارة الدفاع الأمريكية (DoD) ووزارة الطاقة (DOE) على القيام بجهد مشترك لدراسة فائدة المواد شديدة الانفجار والوقود الدافعة في بعض النماذج النموذجية. أنظمة الأسلحة التقليدية لوزارة الدفاع [1 ، 2]. على عكس الذخائر التقليدية ، فإن الذخائر الدفاعية ليست عرضة للانفجار بسبب الصدمة أو الحرارة أو الحريق ، وبالتالي فهي تعزز سلامة العمال والجنود أثناء التصنيع والنقل والتخزين والاستخدام للاختبار والتدريب والعمليات العسكرية [2]. في عام 2010 ، وافق الجيش الأمريكي على IMX-101 (اختصار لـ Insensitive Munitions Explosive 101) كأول صيغة IM ، والتي اجتازت جميع المعايير الستة ، أي تأثير الشظايا ، وتأثير الشحنة النفاثة ، والطهي البطيء ، والطهي السريع. ، عدة رصاصات شديدة الانفجار ، وتفجير متعاطف [3].

لتوصيف المخاطر المحتملة على صحة الإنسان والبيئة المرتبطة بالتعرض لـ IMX-101 ، تم إجراء العديد من الدراسات السمية والسمية البيئية باستخدام IMX-101 ومكوناته الثلاثة: 2،4-دينيتروانيسول (DNAN ، لتحل محل 2،4،6- trinitrotoluene أو TNT) ، 3-Nitro-1،2،4-Triazol-5-One (NTO ، لتحل محل 1،3،5-trinitro-1،3،5-triazacyclohexane المعروف أيضًا باسم صيغة قسم الأبحاث X أو RDX) ، و nitroguanidine (NQ) (انظر الشكل 1 لهياكلها الكيميائية). في الجسم الحي (بما في ذلك التعرضات الحادة وتحت الحادة ودون المزمنة) وفي المختبر تشير نتائج اختبار السمية إلى أن DNAN [4] له سمية معتدلة في حين أن NQ [5] و NTO [6] ليس لهما سمية أو سمية منخفضة لمجموعة واسعة من الفسيولوجية والنسيجية ، نقاط النهاية التناسلية ، التنموية ، السمية الجينية ، والطفرات في قوارض الثدييات مثل الجرذان والفئران والأرانب. في دراسة سمية تحت الحاد لمدة 14 يومًا ، تسبب DNAN في فقر الدم وإصابة خلايا الكبد في إناث الجرذان وفرط ألبومين الدم في ذكور الجرذان [7]. في دراسة أخرى دون المزمنة لمدة 90 يومًا ، أدى التزقيم الفموي لـ DNAN إلى الوفيات بأعلى جرعة (80 مجم / كجم / يوم) ، وتأثيرات غير قاتلة أخرى بما في ذلك الوظائف العصبية العضلية المتغيرة (السمية العصبية) ، وفقر الدم ، وتضخم الطحال ، وداء الهيموسيديرين وتكوين الدم خارج النخاع ( تشير جميعها إلى الدم كعضو مستهدف) ، بالإضافة إلى سمية الخصية التي تتجلى في انخفاض كتلة الخصيتين والبربخ ، وتنكس الأنابيب المنوية ونقص البربخ في الذكور [7]. تسبب تناول واحد من 120 و 150 مجم DNAN / كجم في نفوق ذكور السمان الياباني البالغ من العمر أسبوعين (1/5 و 5/9 جرعات من السمان ، على التوالي) وإعتام عدسة العين في جميع أنواع السمان الباقية [8]. تشير دراسة أخرى إلى أن DNAN يمكن أن تحفز السمية الإنجابية للأم ، وتسمم الجنين ، والتشوه الجنيني في الجرذان الحوامل بجرعات 5 و 15 و 45 ملغم / كغم / يوم لمدة أسبوعين أثناء الحمل [9]. التأثير الأساسي للقلق بالنسبة لـ NTO هو سمية الخصية التي لوحظت في الجرذان والفئران في اختبارات السمية الإنجابية تحت المزمنة والممتدة لجيل واحد [10،11،12،13]. لا يُظهر NTO اضطرابات الغدد الصماء الاستروجينية أو المضادة للأندروجين [14] أو التأثيرات السلوكية العصبية [10] في الجرذان بجرعات تصل إلى 1000 مجم / كجم / يوم. ريدي وآخرون. [15] كشف أن NTO لم يكن سامًا للجينات باستخدام مجموعة من اختبارات السمية الجينية في المختبر وفي الجسم الحي. يمكن أن تُعزى السمية المنخفضة لـ NTO إلى خاصية قبول الإلكترون المنخفضة كما يتضح من تفاعلها مع كل من الإنزيمات الفلافونية أحادية الإلكترون والثنائية الإلكترون [16].

الهياكل ثنائية الأبعاد لثلاثة مكونات IMX-101

تم إجراء تقييم السمية البيئية لمكونات IM الثلاثة في الغالب في الكائنات المائية. DNAN يثبط بشدة الميثانوجينات والبكتيريا الآزوتية و Aliivibrio fischeri بتركيزات مثبطة بنسبة 50٪ (IC50) تتراوح بين 41-57 ميكرومتر ولكنها كانت أقل تثبيطًا للكائنات غيرية التغذية الهوائية (IC50 & GT 390 ميكرومتر) [17]. دودارد وآخرون. [18] لاحظ السمية البيئية التالية لـ DNAN: تركيزات تأثير 50٪ (EC50) 4.0 مجم / لتر لمدة 72 ساعة Pseudokirchneriella subcapitata (الطحالب الخضراء) النمو ، 7 مغ / كغ لمدة 19 د لوليوم بيرين (ryegrass) نمو ، 60.3 مجم / لتر لمدة 30 دقيقة A. فيشيري تلألؤ بيولوجي للبكتيريا ، و 31 مجم / كجم لمدة 48 ساعة ايزينيا اندريه (دودة الأرض) تجنب التربة ، وتركيز مميت 14-d 50٪ (LC50) 47 ملغ / كغ ل إي أندريه. تسبب DNAN في تلف الحمض النووي في Daphnia carinata مع 48 ساعة LC50 15 مجم / لتر مشتق من مقايسة المذنب [19]. كينيدي وآخرون. [20] أبلغ عن سمية حادة ومزمنة لـ DNAN بيميفليس بروميلاس (أسماك المنوة) واثنين من cladocerans (Ceriodaphnia الدوبيا و Daphnia pulex): LC الحاد50 تتراوح من 14.2 مجم / لتر إلى 42 مجم / لتر ، LC مزمن50 10 مجم / لتر إلى 24.2 مجم / لتر ، و IC التناسلي50 2.7 مجم / لتر إلى 10.6 مجم / لتر مع بوليكس كونها أكثر الأنواع حساسية. استخدام رنا بيبينس (النمر الضفدع) الضفادع الصغيرة ككائن اختبار ، ستانلي وآخرون. [21] لاحظ LC 96 ساعة50 24.3 مجم / لتر لـ DNAN و 28 يومًا LOEC (أدنى تركيز تأثير ملحوظ) 2.4 مجم / لتر و 5.0 مجم / لتر لـ DNAN و NTO ، على التوالي. ومع ذلك ، لم تتأثر مرحلة نمو الشرغوف ولا نموه بشكل كبير في أي من 28 يومًا من التعرض [21]. NQ لديه سمية حادة منخفضة للأسماك بما في ذلك تراوت قوس قزح (Ongorhynchus myisi) ، البلم السميك ، سمك السلور القناة (Ictalurus punctatus) و bluegills (Lepomis macchirus) ، واللافقاريات بما في ذلك براغيث الماء (ونبات الغار ماجنا) و amphipods (هياليلا ازتيكا و قمرس ناقص) ، يرقات الذبابة (Paratanytarsus disimilis) والديدان المائية (Lumbriculus variegatus) والطحالب (Selenastrum capricornutum) حتى مستوى حد الذوبان في الماء [22]. تظهر بيانات السمية المزمنة لـ NQ مستوى التأثير الضار غير الملحوظ (NOAEL) 260 مجم / لتر وأدنى مستوى تأثير ضار يمكن ملاحظته (LOAEL) 440 مجم / لتر في C. dubia [23] ، LOEC 2030 ملجم / لتر وتركيز بدون تأثير ملحوظ (NOEC) 1050 ملجم / لتر (بناءً على انخفاض في مرحلة الحياة المبكرة في الطول الإجمالي) في أسماك الماعز السميكة الرأس [23] ، وليست سامة لتراوت قوس قزح حتى التشبع [ 22 ، 23].

تشير البيانات الأخرى من التحقيقات الجارية في مختبرنا إلى أن DNAN و NTO و NQ تسببوا في سمية مستقلة لاختبار الكائنات بما في ذلك يرقات أسماك المنوة ذات الرأس السمين [24] ، ومزدوجات المياه العذبة. هياليلا ازتيكا (لوتوفو وآخرون. بيانات غير منشورة) ودودة الأرض ايزينيا فتيدا (جونج وآخرون. بيانات غير منشورة). بالاتفاق مع النتائج المنشورة ، أشارت بياناتنا أيضًا إلى أن DNAN و NTO يمثلان غالبية السمية التي يمارسها IMX-101 مع كون DNAN أكثر سمية من NTO. ومع ذلك ، فإن نتائج طريقة العمل لمكونات IM الثلاثة بدأت تظهر الآن فقط ، على سبيل المثال ، في أنواع الأسماك [24 ، 25] ، ولكن لا تزال هناك فجوة معرفية كبيرة. من أجل سد هذه الفجوة المعرفية ، أطلقنا دراسة الجينوميات السمية الحالية للتحقيق في الآليات السمية لمكونات IM ، حيث افترضنا أن المواد الكيميائية الثلاث ستعمل بشكل مستقل على أهداف جزيئية مختلفة وتؤثر على مسارات بيولوجية مختلفة في أنواع معينة انيقة. C. ايليجانس تم اختياره ككائن اختبار لأن اختبار السمية في هذا الكائن يمكن أن يجسر نقاط النهاية الجينية والكيميائية الحيوية والنمائية والفسيولوجية [26]. بالإضافة الى، C. ايليجانس هو كائن حي حر بجسم صغير (طوله 1 مم) وشفاف ، وبرنامج تنموي موصوف بالكامل ، ودورة حياة قصيرة [27]. من الأهمية بمكان لدراسات الجينوم ، أنه يحتوي على جينوم متسلسل بالكامل (حوالي 100 ميجا بايت) ومشروح جيدًا (20362 بروتينًا مشفرًا و 24719 جينًا غير مرمز) ([28] انظر أيضًا http://useast.ensembl.org/Caenorhabditis_elegans / معلومات / شرح). هناك أدلة متزايدة على أن نتائج اختبار السمية تم الحصول عليها باستخدام C. ايليجانس تنبئ بالنتائج في حقيقيات النوى الأعلى بما في ذلك البشر ، ويرجع ذلك على الأرجح إلى الحفظ الجيني والتشابه الفسيولوجي [29]. على سبيل المثال ، 90٪ من الجينات غير المرضية المرتبطة بجسيم الليزوزوم البشري و 70٪ من جينات اضطراب التخزين الليزوزومي البشري لديها C. ايليجانس متجانسات [30] ، مما يسمح بالفحص السريع للسموم الليزوزومية باستخدام C. ايليجانس في المقايسات في الجسم الحي [31]. بالإضافة إلى ذلك ، تم الإبلاغ عن ارتباط جيد بين أملاح المعادن C. ايليجانس الترتيب المميت و LD عن طريق الفم في الثدييات50 الترتيب [32 ، 33]. كل هذه الميزات تجعل C. ايليجانس نموذج علم الوراثة السمي الممتاز لتحديد الأهداف الجزيئية بالإضافة إلى التقييم السريع للمخاطر للمواد الكيميائية غير المميزة [26 ، 29] بما في ذلك مركبات IM.


الملخص

يعتبر الكادميوم من الملوثات البيئية السامة الموزعة على نطاق واسع. باستخدام التحليل الطيفي للبروتون بالرنين المغناطيسي النووي و UPLC-MS ، حصلنا على ملفات تعريف التمثيل الغذائي من الكائن الحي النموذجي أنواع معينة انيقة تتعرض لتركيزات الكادميوم شبه المميتة. لا في وجود أو عدم وجود الكادميوم لم حالة الميتالوثيونين (مفردة أو مزدوجة mtl الضربة القاضية) يعدل بشكل ملحوظ ملف التعريف الأيضي. ومع ذلك ، وبغض النظر عن الإجهاد ، أدى التعرض للكادميوم إلى انخفاض في تركيزات السيستاثيونين وزيادة في الببتيدات المحضرة بشكل غير صبغي phytochelatin-2 و phytochelatin-3. يشير هذا إلى أن الاستجابة الأولية لمستويات الكادميوم المنخفضة هي التنظيم التفاضلي لـ C. ايليجانس مسار الكبريت العابر ، الذي يوجه التدفق من الميثيونين عبر السيستين إلى تخليق فيتو كلاتين. تم دعم هذه النتائج من خلال اكتشاف أن طفرات سينسيز phytochelatin (أجهزة الكمبيوتر 1) كانت على الأقل من حيث الحجم أكثر حساسية للكادميوم من طفرات الميتالوثيونين المفردة أو المزدوجة. ومع ذلك ، لوحظ وجود حساسية مضافة تجاه الكادميوم في mtl-1 mtl-2 جهاز كمبيوتر شخصى -1 متحولة ثلاثية.


نتائج

فحوصات على انضمام المجموعة

يعرض الجدول 1 نتائج فحوصات الاختيار المزدوج باستخدام الإعداد Y. لم تؤثر المسافات (طول الفرع) على اختيار دودة الأرض (اختبار الاستقلال كاي ، χ 2 2 = 1.92 ، p = 0.382) ، أو وقت اختيار دودة الأرض (نموذج خطي عام مع عاملين ، F2,62 = 0.08 ، ف = 0.92). لذلك قمنا بتجميع 90 مكررًا. بشكل عام ، لاحظنا ثلاثة أنماط سلوك نموذجية: في بعض الحالات ، انتقلت ديدان الأرض على الفور من نقطة البداية واتخذت خيارًا سريعًا (على سبيل المثال ، تحركت إلى أسفل أحد الفروع واتصلت بنسيج الشبكة الذي يمنع المرور إلى الغرفة المستهدفة) في حالات أخرى ، تتحرك ديدان الأرض بشكل أبطأ وتستكشف ممر البداية وأحد الفرعين أو كليهما قبل اتخاذ القرار النهائي في النهاية ، لم تتخذ بعض ديدان الأرض أي خيار ، إما أن تظل ثابتة في نقطة البداية أو تستكشف ممر البداية والفروع دون لمس النسيج الشبكي. أثارت مجموعات من ديدان الأرض جاذبية قوية في هذا الاختبار (& gt 70٪ من ديدان الأرض اختاروا الغرفة المستهدفة التي تحتوي على ديدان الأرض اختبار جودة ملائمة مربع كاي: N = 68، χ 2 1 = 11.53 ، ص = 0.001). كشفت 30 تجربة إضافية أجريت مع عدم وجود مجموع ديدان الأرض عدم وجود دليل على التحيز في الإعداد Y ، ولم يتخذ نصف ديدان الأرض المختبرة أي خيار في ظل هذه الحالة (يمين = 7 ، يسار = 8 ، لا خيار = 15). بالإضافة إلى إثارة التفضيل للغرفة المستهدفة المشغولة ، أدى وجود مجاميع ديدان الأرض إلى زيادة كبيرة في الوقت الذي يستغرقه الاختيار (12.9 ± 1.1 دقيقة مقابل 6.7 ± 0.5 دقيقة عندما كانت ديدان الأرض غائبة عن النموذج الخطي العام مع عاملين ، F1,62 = 31.51 ، ع = 0.005).

كما لوحظ الانجذاب إلى الركام في الساحة الدائرية. في هذه التجارب ، بدأت ديدان الأرض المنفردة عمومًا باستكشاف محيطها المباشر من خلال حركة الجزء الأمامي فقط من الجسم (الرأس) ، ثم بدأت الحركة باتجاه المنطقة الوسطى أو بعيدًا عنها. يوضح الجدول 2 العدد الإجمالي لديدان الأرض المعزولة التي وصلت إلى المنطقة الوسطى أو حافة الساحة لكل حجم إجمالي ومتوسط ​​الوقت المستغرق لإكمال التجربة. لم تصل خمس ديدان الأرض إلى الحافة أو المنطقة الوسطى في غضون 45 دقيقة (في كل حالة من هذه الحالات ، ظلت ديدان الأرض ثابتة طوال التجربة). وصل عدد أكبر من ديدان الأرض بشكل ملحوظ إلى المنطقة الوسطى من الإعداد عندما كانت ديدان الأرض موجودة هناك (اختبار مربع كاي الاستقلال ، χ 2 2 = 13.095 ، ع = 0.001). وكان عدد دودة الأرض التي وصلت إلى المنطقة الوسطى يعتمد بشكل خطي على حجم الكتلة (y = 19.1 × −2.73 r 2 = 0.99). ومع ذلك ، لم تختلف أوقات الحركة الأولى بشكل كبير مع الحجم الكلي (الجدول 2 النموذج الخطي العام مع عامل واحد ، F2,130 = 2.15 ، ص = 0.12). ولم يحن الوقت للوصول إلى المنطقة المركزية (النموذج الخطي العام بعامل واحد ، F2,43 = 0.16 ص = 0.85).

فحوصات على مغادرة المجموعة

كشفت فحوصات مغادرة المجموعة في الساحة الدائرية أن احتمالية مغادرة أعضاء المجموعة تغيرت بمرور الوقت وتأثرت بشكل كبير بالحجم الكلي. كما هو مبين في الشكل 3 أ ، انخفض احتمال ترك مجموعة مع زيادة عدد ديدان الأرض الموجودة. أظهر تحليل منحنى البقاء على قيد الحياة (الشكل 4 أ) بالمثل أن ديدان الأرض كانت أقل احتمالا لمغادرة المنطقة المركزية عندما زاد حجم المجموعة (χ 2 3 = 107 ، ع & lt0.001). كما زاد الوقت الذي تستغرقه أول دودة الأرض لمغادرة المنطقة الوسطى من الحجم الكلي (اتجاه واحد ANOVA ، F3,116 = 54.47 ، ع & lt0.001). في المتوسط ​​، غادرت دودة أرض واحدة المنطقة الوسطى في أقل من 1/12 من الوقت الذي استغرقته أول دودة الأرض لترك مجموعة من 10 أفراد (الشكل 5 أ).

توزيعات التردد للأعداد المرصودة (أ) والمتوقعة (ب) للأفراد الذين يغادرون مجموعات من 1 أو 2 أو 5 أو 10 ديدان الأرض على مدى 10 و 40 و 90 دقيقة.

نتائج تحليل منحنى البقاء على قيد الحياة لمغادرة الأول (أ) والثاني (ب) ديدان الأرض من مجموعات من 1 أو 2 أو 5 أو 10 ديدان الأرض t0 لأن دودة الأرض الثانية هي وقت رحيل الأول.

متوسط ​​الوقت حتى تغادر الديدان الأولى (أ) والثانية (ب) المنطقة الوسطى من الساحة الدائرية لمجموعة من 1 أو 2 أو 5 أو 10 ديدان الأرض t0 لأن دودة الأرض الثانية هي وقت رحيل الأول.

معادلات لوصف سلوك ديدان الأرض.

في هذا السياق ، تم تقريب منحنى البقاء على قيد الحياة للمجموعات السليمة (بدون أي مغادرة) (الشكل 4 أ) بالمعادلة الأسية: (1) حيث F هو جزء من المجموعات بدون أي مغادرة في الوقت المناسب ر، و أ هو معكوس متوسط ​​الوقت للمغادرة الأولى ويتوافق مع احتمال المغادرة. باستخدام هذا التقريب ، يمكن حساب متوسط ​​الوقت الفردي لأول دودة الأرض التي تغادر مجموعة (T) لكل مجموعة من دودة الأرض (N) باستخدام المعادلة: (2) حيث يزداد وقت مغادرة دودة الأرض للمجموعة مع زيادة عدد المحددات (N) في المجموعة. بناءً على الشكل 6 ، تم تحديد المعادلة للتعبير عن وقت مغادرة دودة الأرض الأولى وفقًا لحجم تعداد دودة الأرض على النحو التالي: (3) على غرار دودة الأرض الأولى ، انخفض احتمال خروج دودة الأرض الثانية من مجموعة بشكل كبير مع زيادة الحجم الكلي (الشكل 4 ب χ 2 2 = 35.8، p & lt0.001) ، بينما زاد الوقت المستغرق للمغادرة (الشكل 5 ب النموذج الخطي العام ، F2,38 = 18.0 ، p & lt0.001). كما يتم قياس الوقت إلى رحيل دودة الأرض الثانية من الأول ، ر0 بالنسبة لدودة الأرض الثانية هي وقت رحيل أول دودة أرض تغادر المجموعة. في بعض الأحيان ، تركت دودة الأرض المنطقة الوسطى على اتصال مع دودة الأرض السابقة (أي تم جرها جزئيًا). من السهل تحديد هذا التأثير في مجموعات من ديدان الأرض. كان رحيل دودة الأرض الثانية أسرع بشكل ملحوظ عندما لوحظ التلامس بين ديدان الأرض ، 0.39 دقيقة ± 0.68 دقيقة (متوسط ​​± SD) مقابل 8.71 دقيقة ± 8.08 دقيقة (متوسط ​​± SD) عندما لم يتم ملاحظة الاتصال (النموذج الخطي العام ، F1,27 = 20.45 ، ع & lt0.001). بسبب الاتصال بين الأفراد ، يمكن تقدير منحنيات البقاء على قيد الحياة لدودة الأرض الثانية التي تغادر المنطقة المركزية على أنها أسي مزدوج: (4) حيث F (= 0.24) هو جزء من حالات المغادرة مع التلامس ، (1-F) هو جزء من عمليات المغادرة بدون تلامس ، ب هو ثابت المغادرة عن طريق الاتصال (ب = 7.32 دقيقة -1) ، و ج (= 0.11 دقيقة -1) هو ثابت المغادرة بدون تلامس. مع افتراض الاحتمالات الثابتة ، يكون معكوس ب و ج تتوافق مع متوسط ​​التأخير بين رحلتي دودة الأرض (مع الاتصال وبدون اتصال ، على التوالي). هكذا، ب −1 و ج تتوافق 1 مع متوسط ​​مدة رحيل دودة الأرض الثانية (مع جهة اتصال 0.14 مقابل 0.39 دقيقة بدون تلامس 9.1 مقابل 8.71 دقيقة).

متوسط ​​وقت المغادرة هو دالة لحجم الكتلة وتعديلها (الخط الأسود).

نموذج لوصف سلوك ديدان الأرض.

كانت أهداف النموذج التالي هي التحقق من صحة الاتفاق بين ملاحظاتنا على المستويين الفردي والجماعي وتسليط الضوء على بعض خصائص الديناميكيات الجماعية مثل ظهور النصاب القانوني أو عتبة حجم المجموعة.

تشير نتائجنا وتحليلاتنا التجريبية إلى أن متوسط ​​الوقت الفردي لأول دودة الأرض تغادر مجموعة يزداد مع عدد الأنواع غير المحددة (N) في المجموعة (انظر المعادلة 2). منحنى البقاء على قيد الحياة للمجموعات السليمة يتم تقريبه من خلال الأسي ، وبالتالي فإن الاحتمال الفردي للمغادرة كان معكوسًا لمتوسط ​​الوقت (انظر المعادلة 1). افترضنا أن احتمال المغادرة هو نفسه لكل فرد ويساوي Q (N) ، أين ن هو عدد الأفراد في المجموع: (5) علاوة على ذلك ، بالنسبة للمتابعين (التالي للمغادرة) ، أهملنا تأثير التيسير بسبب رحيل دودة الأرض السابقة (انظر المعادلة 4).

لتلخيص النموذج ، افترضنا وجود عملية قفزة ماركوفية مستمرة للوقت ، أي أن الاحتمال ، لكل وحدة زمنية ، للاستجابة التي تحدث (أي ترك المجموع) ثابت طالما أن الحافز (أي حجم المجموعة) ) يبقى كما هو ، لكنه يقفز إلى قيمة جديدة عندما يتغير التحفيز (أي عندما تترك دودة الأرض الركام).

لاختبار أهمية النموذج البخل وفهم التأثيرات الرئيسية الناشئة عن التقلبات الديناميكية ، تم استخدام محاكاة مونت كارلو ، حيث يتم دمج الجانب العشوائي للعملية تلقائيًا. استندت المحاكاة إلى الاحتمالية المقدرة مسبقًا لترك مجموعة Q (N) ، كونها معكوسًا لمتوسط ​​وقت المغادرة. افترضنا أن كل فرد يطيع هذه الوظيفة. يمكن تلخيص خطوات النموذج على النحو التالي: (1) الشروط الأولية: تم تحديد عدد الأفراد داخل المجموعة (N) في N0 (2) عملية اتخاذ القرار: في كل خطوة زمنية (t) ، لوحظ موقف كل فرد (البقاء داخل المجموعة أو خارجها). ثم يتم إعطاء احتمال الخروج من الكتلة بواسطة Q (N) لكل فرد في المجموعة. يعتمد رحيل الفرد في الوقت t على المقارنة بين القيمة المحسوبة لـ Q ورقم عشوائي مأخوذ من توزيع موحد بين 0 و 1. إذا كانت هذه القيمة أقل من Q أو تساويها ، يترك الفرد المجموعة. إذا لم يكن كذلك ، فإنه يبقى داخله. تم تحديث احتمال Q (N) لمغادرة المجموعة في كل خطوة من خطوات المحاكاة فيما يتعلق بعدد الأفراد المتبقين. في النموذج ، لن تنضم دودة الأرض أبدًا إلى الكتلة (بدون دخول). سمح لنا تكرار هذه العملية بمحاكاة بقاء الكتلة بمرور الوقت ، وتكررت العملية لـ 90000 خطوة (أي 180 دقيقة ، حيث كل خطوة زمنية = 0.01 دقيقة). تم تشغيل محاكاة مونت كارلو 6000 مرة (200 × مجموعة من 30 محاكاة). تم حساب توزيعات أعداد الأفراد الموجودين داخل الكتلة بالنسبة للوقت ومقارنتها بالنتائج التجريبية.

كان هناك اتفاق جيد بين النتائج النظرية والتجريبية لمجموعة من ديدان الأرض 1 و 2 و 10 واتفاق أضعف للمجموعات من 5 (الشكلان 3 أ و 3 ب). يترك الفرد المعزول المنطقة الأولية بسرعة وأثناء فترة التجربة لمجموعة مكونة من 10 ديدان ، تظل معظم ديدان الأرض داخل المجموعة. بالنسبة لديدان الأرض 2 و 5 ، فإن توزيع عدد عمليات المحاكاة والتجارب كدالة لعدد ديدان الأرض المتبقية هو ثنائي النسق: تقريبًا ، يمكن تقسيم عمليات المحاكاة إلى فئة بها عدد صغير من ديدان الأرض التي غادرت المجموعة و الصف مع مغادرة جميع الأفراد. تنتج هذه الديناميكيات عن اعتماد احتمالية ترك الكتلة Q (N) على حجم الكتلة (N) وتعني وجود حجم مجموعة عتبة: اعتمادًا على المجموعة الأولية ، يعرض النظام استجابات مختلفة نوعياً.

يُشار أيضًا إلى وجود مثل هذه العتبة ، أو النصاب القانوني ، من خلال متوسط ​​نسبة ديدان الأرض التي غادرت قبل وقت معين ، t. هذه النسبة المتوسطة (F محسوبة من 1000 محاكاة مجمعة) تنخفض بعد منحنى السيني عندما يكون الحجم الأولي للمجموعة (N0) يزيد ويتغير بشكل حاد عندما يتجاوز العدد الأولي لديدان الأرض عتبة (S) (الشكل 7). في أي وقت t ، تكون هذه النسبة مناسبة بشكل جيد بواسطة دالة من نوع Hill [14] (r 2 & gt0.99، 3.2 & ltk & lt5.65، 1.5 & ltS & lt6.7 لمدة 10 ، 20 ، ... ، 180 دقيقة): (6) بعد سومتر وبرات [14] ، F هو استجابة النصاب على مستوى الكتلة. قيمة العتبة س يمكن أيضًا تعريفها على أنها قيمة N.0 هذا يعطي نسبة متوسطة من الأفراد الذين غادروا الكتلة = 0.5 ك يحدد شدة انحدار الوظيفة F. S و k دالة للوقت t: القيم الأكبر لـ t تعطي قيمًا أكبر لـ S و k. يوضح الشكل 7 أن العتبة زادت تدريجياً بمرور الوقت. على سبيل المثال ، كانت العتبة حوالي 3.5 من ديدان الأرض على مدى 60 دقيقة وحوالي 5.5 ديدان الأرض على مدى 180 دقيقة. ظهرت هذه العتبة على المستوى الجماعي من ديناميات الانطلاق. في الواقع ، لم يُظهر الاحتمال الفردي لترك Q (N) أي سلوك عتبة.

كدالة للحجم الأولي للكتلة. * تشير إلى عتبة 60 و 120 و 180 دقيقة.

علاوة على ذلك ، عندما يتم تعديل النموذج لمراعاة الانضمام وكذلك المغادرة وبالتالي لإمكانية الزيادات في حجم المجموعة ، فمن السهل إظهار أن النظام يعرض حجمًا حرجًا أوليًا (أو عتبة) للمجموعة (الشكلان 8 أ و ب ). في هذا الإصدار من النموذج ، افترضنا أن المجموعة محاطة بمجموعة ثابتة من ديدان الأرض ، والتي من خلالها تنضم دودة الأرض إلى الكتلة باحتمالية ثابتة لكل وحدة زمنية (μ). تجمع هذه المعلمة بين سرعة حركة ديدان الأرض والكثافة المحيطة بها. في الوقت نفسه ، قد تترك كل دودة أرض في المجموع في خطوة زمنية معينة مع الاحتمال Q (N). بدأت هذه المحاكاة بعدد أولي من ديدان الأرض (N.0) وكان وقت المحاكاة 5 ساعات. أكد الشكل السيني لمتوسط ​​عدد السكان داخل المجموعات كدالة للمجتمع الأولي بوضوح وجود العتبة. كان تأثير العتبة هذا واضحًا في توزيع نتائج المحاكاة كدالة لحجم المجموعة الأولي (الشكل 8 أ). يتم تقدير قيمة العتبة بقيمة N0 حيث المدخل μ يساوي المغادرة N0س (ن0) (للقيم المحاكاة N0≈4) قلل من احتمال الانضمام (μ) ، كلما زادت العتبة. بالنسبة لمجاميع البداية الصغيرة (فردان) أسفل العتبة ، تحدث الذروة عند N = 0 ، مما يشير إلى أن معظم المجموعات قد انهارت. ظهرت قمم مجاميع البدء الأكبر على التوالي عند N = 0 وبعض القيمة الأكبر لـ N. على سبيل المثال ، بالنسبة للمجموعات المكونة من 5 أفراد ، حدثت الذروة الثانية عند N = 10 (الشكل 8 أ). في هذه الحالة ، حيث القيمة الأولية (N0 = 5) كانت قريبة من العتبة ، وبعض الركام يزداد في الحجم والبعض الآخر ينهار ويبقى عدد قليل جدًا في الحجم الأولي. لقيم N.0 (على سبيل المثال 9 أفراد) أعلى بكثير من العتبة ، زادت جميع المجاميع تقريبًا في الحجم ويعرض التوزيع ذروة واحدة (الشكل 8 أ).

(أ) توزيع حجم الكتلة في 5 ساعات لثلاث مجموعات أولية مختلفة: 2 ديدان أرض و 5 ديدان أرض و 9 ديدان أرض ، مع احتمال الانضمام μ = 0.02 دقيقة -1 واحتمال مغادرة Q (N) = N −2.6 / 6.25 دقيقة -1. (ب) متوسط ​​حجم الكتلة عند 5 ساعات كدالة للحجم الأولي مع احتمال الانضمام (μ) = 0.02 دقيقة -1 وأن ​​ترك Q (N) = N −2.6 /6.25 دقيقة -1.

يمكن أيضًا رؤية ديناميكية العتبة إذا تم الوصول إلى متوسط ​​حجم الكتلة بعد تقديم الوحدة الزمنية t كدالة لحجم الكتلة الأولي. في هذه الحالة ، يظل متوسط ​​حجم المجموعة قريبًا من الصفر لحجم الكتلة الأولي الصغير (N.0) ويزيد فجأة كـ N.0 يصبح أكبر (الشكل 8 ب).


مناقشة

الفقس ماتريدي هو سبب متكرر مرتبط بالعمر للوفاة في التزاوج الخنثى

أنواع معينة انيقة تظهر الخنثى عمليات فسيولوجية قوية لأول مرة

5 أيام من سن الرشد. يمكن ملاحظة مجموعة متنوعة من التغييرات التنكسية المرتبطة بالعمر بسهولة في الأيام 4-6 ، بما في ذلك الانخفاض في مستوى إنتاج النسل المتصالب (Hughes وآخرون.، 2007 Andux & Ellis، 2008 Mendenhall وآخرون، 2011) ، حركة الجسم المنسقة (Herndon وآخرون. ، 2002) ، ومعدل ضخ البلعوم (Huang وآخرون، 2004). يُفترض أن الانخفاض التدريجي في العمليات الفسيولوجية المعقدة يعكس التدهور التدريجي للأعضاء والأنسجة والخلايا و / أو المكونات تحت الخلوية الكامنة ، على الرغم من أن هذه الروابط في معظم الحالات لم يتم تأسيسها جيدًا تجريبيًا (كولينز وآخرون. ، 2008 ب). هنا ، نظهر أن MH هو سبب مرتبط بالعمر للوفاة في WT التزاوج C. ايليجانس الخنثى التي تصيب حوالي 70٪ من السكان. تشير نتائجنا إلى أن MH هو مؤشر على التدهور المرتبط بالعمر في نظام وضع البيض. يوضح هذا التحليل التدهور المرتبط بالعمر لعملية فسيولوجية حيوية لم يتم وصفها سابقًا ، وهو أمر مهم لأن C. ايليجانس هو نظام نموذجي رائد للدراسات الجينية للشيخوخة ، ويعد توصيف التغيرات المرتبطة بالعمر في هذا الحيوان خطوة أساسية في ربط الجينات التي تتحكم في طول العمر بالعمليات الفسيولوجية الأساسية.

في حالة الخنثى WT المتزاوجة ، نادرًا ما يحدث MH قبل اليوم الخامس من مرحلة البلوغ ، ويزيد من اليوم السادس إلى اليوم الثاني عشر ، وينتهي بوقف إنتاج النسل المتصالب. الخنثى الأفراد إما يخضعون لـ MH أو الهروب ، ويبدو أن النتيجة تعتمد على معدلات انخفاضين مرتبطين بالعمر. أولاً ، تُظهر القدرة على إنتاج البويضات وتخصيبها انخفاضًا مرتبطًا بالعمر ، وهذا يقلل من فرص MH. عندما تؤدي الشيخوخة الإنجابية إلى التوقف التام عن إنتاج النسل ، فإن الخنثى لم يعد معرضًا لخطر MH. ثانيًا ، تنخفض وظيفة نظام وضع البيض ، وهذا يزيد من فرص MH. هنا ، قمنا بقياس هذا الانخفاض وأظهرنا أن معدل MH يزيد بأكثر من 1000 ضعف من 0.05 حدث لكل 1000 ذرية في اليوم الثاني إلى 91 حدثًا لكل 1000 ذرية في اليوم 12. بالنسبة للمخنثين ذاتية الإخصاب ، تفشل القدرة على تخصيب البويضات عادةً بسبب نضوب الحيوانات المنوية الذاتية قبل فشل نظام وضع البويضات ، وبالتالي ، فإن معظم الحيوانات ذاتية التخصيب تفلت من MH. بالنسبة إلى الخنثى المتزاوجة ، فإن القدرة على توليد البويضات المخصبة تستمر عادة بعد الوقت الذي يفشل فيه نظام وضع البيض ، وبالتالي ، فإن معظم الخنثى المتزاوجة تعرض MH.

أظهر Gems & Riddle (1996) أن التعرض المستمر للذكور قلل من عمر خنثى WT إلى 9.6 أيام. تمشيا مع هذه النتائج ، لاحظنا متوسط ​​عمر 9.8 أيام لمجتمع خنثى WT التزاوج. من خلال مراقبة المخنثين الفرديين والتمييز بين موت الأمهات والشيخوخة ، تمكنا من تعزيز فهم هذه الظاهرة - انخفاض عمر السكان سببه MH لحوالي 70٪ من الحيوانات. بمقارنة المخنثين الذين مروا بفترات مختلفة من تعرض الذكور ، أظهرنا أن مدة تعرض الذكور لا تنبئ بحدوث أو توقيت MH. علاوة على ذلك ، فإن الخنثى المخصبات ذاتيًا والتي لم تتعرض أبدًا للذكور تظهر MH ، وإن كان بتردد منخفض ، مما يشير إلى أن تعرض الذكور ليس ضروريًا للتسبب في الفقس الداخلي. لا تستبعد هذه النتائج احتمال أن الصدمة التي يسببها الاتصال الذكوري تؤثر على نمط MH ، لكن نتائجنا لم تكشف عن دليل واضح على هذا الارتباط. نستنتج أن تزاوج الذكور يزيد من معدل MH نتيجة نقل الحيوانات المنوية التي تسبب إنتاج ذرية ممتدة ، وبالتالي تقليل متوسط ​​عمر السكان المتزاوجين.

لا يحدث تفقيس الموت بسبب الضرر المعتمد على الاستخدام في نظام وضع البيض

وفقًا لنموذج MH المعتمد على الاستخدام ، فإن كل بيضة توضع لديها القدرة على إتلاف نظام وضع البيض ، ويؤدي تراكم هذا الضرر إلى تدهور الوظيفة المرتبط بالعمر. يتنبأ هذا النموذج بأن عدد البيض الذي يتم وضعه سيكون تنبؤيًا بمدى الضرر الذي يلحق بنظام وضع البيض وتكرار MH. لاحظنا عدم وجود فروق ثابتة بين مستويات وضع البيض للحيوانات التي أظهرت MH والحيوانات التي هربت ، مما يشير إلى أن الضرر المرتبط بالاستخدام قد لا يكون سببًا لـ MH. بالإضافة إلى، fog-2 (q71) الإناث اللواتي لم ينجبن ذرية في أول يومين أو أربعة أيام من سن البلوغ أظهرن مع ذلك نفس نمط MH مثل fog-2 (q71) الإناث التي أنجبت ذرية ابتداء من اليوم الأول. تشير هذه النتائج إلى أن التدهور المرتبط بالعمر في نظام وضع البيض لا يرتبط بعدد البيض الذي يتم وضعه مبكرًا في فترة التكاثر ، بل يبدو أنه يتحدد بآلية مستقلة عن إنتاج النسل المبكر. هذه النتائج لا تستبعد احتمال أن الضرر الناجم عن إنتاج النسل المتأخر قد يساهم في MH. لقد أظهرنا سابقًا أن التدهور المرتبط بالعمر في الجهاز التناسلي كان مستقلاً عن عدد السلالات المتولدة (Hughes وآخرون. ، 2007). تشير هذه النتائج معًا إلى أن هناك تدهورًا مرتبطًا بالعمر في الجهاز التناسلي يولد البويضات المخصبة ونظام وضع البيض الذي يودع الأجنة في البيئة ، ولكن في كلتا الحالتين لا يرتبط التدهور الوظيفي المرتبط بالعمر باستخدام النظام في وقت مبكر من فترة الإنجاب.

Age-related matricidal hatching is delayed by dietary restriction and may be caused by an age-related decline of vulval muscle function

Some mutations that extend lifespan also delay age-related degenerative changes in muscles, the reproductive system, and other tissues (Collins وآخرون., 2008b ). If a lifespan extending mutation delays the age-related decline of the egg-laying system, then MH is predicted to be delayed. Consistent with this prediction, two mutations that extend lifespan by causing dietary restriction significantly extended the matricidal lifespan. These results indicate that the nutritional status of hermaphrodites is an important determinant of the timing of age-related degeneration of the egg-laying system. By contrast, mutations that disrupt insulin/IGF-1 signaling, mitochondrial function, or TGF-β signaling did not delay the timing of MH. However, these mutations reduced progeny production and increased the incidence of MH, suggesting that these mutations cause pleiotropic defects that impair the egg-laying system. Consistent with this interpretation, daf-2 mutations cause an increase in the incidence of MH in self-fertile animals (Gems وآخرون., 1998 ). Thus, these results do not establish whether these genes influence the age-related decline of the egg-laying system.

ال C. elegans egg-laying system has been genetically dissected based on mutations that cause egg retention in young adult animals (Trent وآخرون., 1983 ). These studies revealed that efficient egg laying requires proper development of the vulva, vulval muscles, and neurons that innervate these muscles (Ferguson & Horvitz, 1985 Schafer, 2005 ). To identify elements of the egg-laying system that undergo an age-related decline in function and may contribute to age-related MH, we focused on the vulval muscles. Serotonin is a key neurotransmitter that is released by HSN neurons to stimulate vulval muscles, and exogenous serotonin treatment can stimulate vulval muscle contractions and ameliorate defects in egg laying caused by defective HSN neurons (Trent وآخرون., 1983 Weinshenker وآخرون., 1995 Zhang وآخرون., 2008 ). We showed that WT hermaphrodites exhibited an age-related decline in the ability to lay eggs in response to exogenous serotonin, indicating that there is an age-related decline in vulval muscle responsiveness to serotonin. We hypothesize that an age-related degeneration of the vulval muscles or a process further downstream in the egg-laying system is the underlying cause of age-related MH. Consistent with this model, tph-1(mg280) hermaphrodites that are defective in serotonin synthesis (Sze وآخرون., 2000 ) displayed accelerated MH. These data indicate that robust serotonin signaling delays MH, consistent with the model that an age-related decline in the effectiveness of serotonin signaling contributes to age-related MH.

The role of age-related matricidal hatching in the natural environment

The destruction of the mother to provide nutrients to the offspring is common among nematodes and an example of efficient transfer of resources between generations (Luc وآخرون., 1979 Kirkwood & Cremer, 1982 Johnigk & Ehlers, 1999 Luong وآخرون., 1999 ). In C. elegans, MH provides sufficient nutrition for progeny to reach the developmentally quiescent dauer stage (Chen & Caswell-Chen, 2004 ), thereby promoting survival in over-crowded, nutrient-deprived conditions (Golden & Riddle, 1982 ). However, because MH terminates the reproductive capacity and life of the hermaphrodite, it is likely to be carefully regulated. One form of regulation that has been characterized is MH that occurs in response to nutrient deprivation (Chen & Caswell-Chen, 2004 ). Fertile hermaphrodites that are shifted to nutrient-deprived conditions will cease laying eggs and experience MH, and the final set of progeny will receive adequate nutrition to develop to the dauer larvae stage. This is likely to be an evolutionarily selected behavioral response presumably, it is more adaptive to sacrifice the hermaphrodite than continue to lay eggs into an environment that lacks nutrients. Here, we document that age-related MH is the predominant cause of death in mated hermaphrodites. Although the percentage of mated versus self-fertile hermaphrodites in the wild is unknown, we speculate age-related MH may be adaptive because it promotes the survival of the final group of progeny while causing only a small reduction in the brood size.

Matricidal hatching as a model of myometrial degeneration

Much remains to be learned about muscular degeneration in the context of organ function. While MH may be primarily nematode specific, the underlying causes of age-related muscle decline are relevant for many animals. For example, in humans, the smooth muscle cells that line the uterus, the myometrium, contract in a coordinated fashion during labor and delivery. Furthermore, age-related degeneration of myometrial efficiency has been implicated in complications that result in high rates of cesarean sections in older mothers (Cleary-Goldman وآخرون., 2005 ). Age-related MH in C. elegans has intriguing similarities to age-related decline of human myometrial efficiency and thus may serve as a useful model system. C. elegans vulval muscles and the myometrium are smooth muscles that are required to expel fertilized offspring, and reproduction after these muscles have degenerated is potentially lethal. The results described here provide evidence that C. elegans MH may be a model of human reproductive complications, and understanding age-related degenerative events with catastrophic consequences will be of great interest to C. elegans and human biology.


CHEMOTAXIS BEHAVIOR ASSAYS IN ECOTOXICOLOGY

The methods discussed throughout this article can be readily applied to assess chemotaxis to any type of volatile or water-soluble substance in C. elegans. Thus, these behavioral assays are a good complementary option to assess the toxicity of environmentally relevant toxicants (e.g., metals, nanomaterials, and pesticides) in ecotoxicological studies (e.g., Hopewell et al., 2017 Qu & Wang, 2020 Sobkowiak et al., 2018 Wang & Wang, 2019 ). It is relevant to understand whether C. elegans is able to avoid toxicant environmental contaminants or whether an alteration of its sensorial perception is triggered by the corresponding exposure. For instance, a few studies have described the ability of C. elegans to avoid certain metals such as medium contaminated with toxic levels of cadmium (Sambongi & Nagae, 1999 ), copper (Chai et al., 2017 Sambongi & Nagae, 1999 Yuan et al., 2018 ), lead, or zinc (Monteiro et al., 2014 both singly tested). A more recent study from Wakabayashi et al. ( 2020 ) showed that C. elegans also avoids rare elements, like yttrium and lanthanides. The effects of nanoparticles on C. elegans chemotaxis behavior has also been recently investigated, namely of graphene oxide (Wang & Wang, 2019 avoidance behavior observed after 90-min exposure to concentrations ≥50 mg/L graphene oxide) and nanopolystyrene (Qu & Wang, 2020 sensorial perception altered). These findings reinforce the applicability of C. elegans chemotaxis assays in the assessment of chemosensation effects of emerging environmental contaminants. Additionally, to the best of our knowledge, only two studies assessing the effects of pesticides in C. elegans chemosensation are available in the literature (Hopewell et al., 2017 Sobkowiak et al., 2018 ). Specifically, Hopewell et al. ( 2017 ) assessed the effects of groundwater containing residual levels of the neonicotinoid thiacloprid (an insecticide) on the chemosensory ability of C. elegans, concluding that its ability to be attracted to the known chemoattractant NaCl was lost following exposure to environmentally relevant levels of this insecticide. Sobkowiak et al. ( 2018 ) tested commercial synthetic nematocides (oxamyl and fosthiazate) and natural nematocides consisting of plant secondary metabolites (trans-anethole, (E,E)-2,4-decadienal, (E)-2-decenal, and 2-undecanone) in C. elegans and another nematode species (Meloidogyne incognita), with the goal of comparing the efficacy of these substances against nematodes by measuring their effects on nematode chemotaxis behavior. Although some distinct responses were obtained for the two nematodes (i.e., nematodes not attracted or repulsed to exactly the same substances), this study shows an alternative application of these assays, namely in the investigation of environmentally friendly nematocides.

Hazardous environmental contaminants can be identified by chemotaxis behavioral assays in C. elegans following two strategies (Fig. 1): (1) through avoidance records, in which exposure to contaminant(s) induces avoidance response in this model organism, consequently allowing for use of avoidance behavior as an indicator of a toxic condition (e.g., Chai et al., 2017 Wakabayashi et al., 2020 ) and/or (2) through sensory perception alteration, in which pre-exposure to tested contaminant(s) changes the chemotaxis behavior of C. elegans to known attractants or repellents (e.g., NaCl and diacetyl), consequently allowing for use of sensory perception alteration as an indicator of toxicity (e.g., Hopewell et al., 2017 Qu & Wang, 2020 ). Both approaches can be widely explored in ecotoxicological studies to signal potentially hazardous environmental contaminants in C. elegans.


Toxic Effects of Acetochlor on Mortality, Reproduction and Growth of أنواع معينة انيقة و Pristionchus pacificus

The effects of acetochlor on the mortality, growth and reproduction of two nematode species were assessed. The LC50 values for أنواع معينة انيقة و Pristionchus pacificus were 1,296 and 210.7 mg/L at 24 h, and 540.0 and 126.4 mg/L at 48 h exposure, respectively. In three succession generations, reproductive capacity was more sensitive in P. pacificus than in C. elegans. Moreover, the sublethal test endpoint of final length was more sensitive with P. pacificus. This study suggested that acetochlor had no long-term effects on C. elegans at lower concentrations. The higher concentrations of acetochlor (from 40 to 160 mg/L) revealed sublethal toxicity to the two tested species, with P. pacificus being more sensitive than C. elegans.

This is a preview of subscription content, access via your institution.


Cloning and Identification of MicroRNAs in Earthworm (Eisenia fetida)

MicroRNAs (miRNAs) (noncoding RNAs of 20–25 nucleotides) play important roles in the post-transcriptional regulation of gene expression in various eukaryotes and prokaryotes. Piwi-interacting RNAs function by combining with PIWI proteins to regulate protein synthesis and to stabilize mRNA, the chromatin framework, and genome structure. This study investigates the role of miRNAs in regeneration. A scrDNA library was constructed, and 17 noncoding RNAs from Eisenia fetida (an optimal model for the study of earthworm regeneration) were cloned and characterized. In addition, reverse transcription polymerase chain reaction was performed to analyze the expression of four small RNAs during different developmental stages. The expression levels of these RNAs in regenerating tissue were higher than in normal tissue, and the expression patterns of these small RNAs were unique during development.

This is a preview of subscription content, access via your institution.


4 Discussion

In this study we have demonstrated the versatility of a combined high resolution 1 H NMR spectroscopy and GC–MS based profiling approach to study metabolic changes in C. elegans. The approach detected and quantified ∼100 metabolites of which 86 were identified. Both approaches are rapid and cheap on a per sample basis, indicating they could be used as a rapid screening tool of C. elegans mutants. The metabolic changes in C. elegans nhr-49 mutants have been compared with the PPAR-α null mouse, demonstrating the metabolic similarity of the consequences for the loss of these genes in the two different species.

Previous studies looking at metabolism in the PPAR-α null mouse during fasting have described a significant reduction in fatty acid metabolism via β oxidation which has been attributed to a loss of regulation of genes that encode enzymes critical to this pathway [15] , while we have previously detected a milder phenotype in fed animals [16] . In this study, we observed an increase in linoleic and di-homo-γ-linolenic acid (8,11,14-eicosatrienoic acid) in PPAR-α null livers and similar changes were observed in the nhr-49 mutant nematodes with an increases in concentration of di-homo-γ-linolenic acid (8,11,14-eicosatrienoic acid), α-linolenic and γ-linolenic acid. This was further demonstrated by a combined analysis suggesting that nhr-49 and PPAR-α have similar roles in the regulation of metabolism. These fatty acids are precursors for arachidonic acid, with the expression of the desaturases and elongase involved in this pathway being under PPAR-α control in mice and nhr-49 control in C. elegans. These changes are also in keeping with the Q-PCR analysis performed by Van Gilst et al. [7] who detected decreased expression of fat-5, fat-6 and fat-7 (three Δ9-desaturases) transcripts involved in desaturation/elongation and acyl CoA synthetase (acs-2) and trifunctional enzyme (ech-1). Comparing these to known PPAR-α targets in mammals (e.g. http://www.genome.jp/dbget-bin/get_pathway?org_name=mmu&mapno=03320), both receptors target Δ9-desaturases and acyl-CoA synthetases.

One notable difference between our present study and that of Van Gilst et al. [7] examining the nhr-49 mutant was that we detected no change in stearate, despite a marked increase being detected in the previous study. Similar increases in stearate have been detected in fat-7 (F10D2.9 homologous with mammalian stearoyl-CoA desaturase and induced by nhr-49) and nhr-80 mutants [7, 17] . However, stearate also increases during fasting and the expression of fat-7 varies markedly during development and fasting, suggesting that the concentration of stearate may be highly variable according to the physiological and developmental state of the nematodes, particularly in a colony of mixed stage animals. Despite, no alteration in the concentration of stearate being detected, the concentration of oleate was found to be significantly reduced in the mutant nematodes (Fig. 2g), a finding consistent with a reduction in the expression of Δ9-desaturase. Van Gilst et al. [7] reported that the expression of Δ9-desaturase (which converts stearate to monounsaturated oleate) was significantly decreased by nhr-49 deletion. Oleate was also significantly reduced in the PPAR-α null livers (Fig. 2g), thus providing further evidence that NHR-49 and mammalian PPAR-α may have similar regulatory effects on the pathways of lipid metabolism.

In the nhr-49 nematodes the perturbation in fat metabolism was accompanied by a decrease in glucose and an increase in lactate and alanine, indicative of an increase in the relative ratio of glycolysis to gluconeogenesis. Similar changes were also detected in the liver tissue of PPAR-α knock out mice in this study and in younger animals [16] . In mice, PPAR-α is known to control pyruvate dehydrogenase kinase 4 (PDK4) activity, and this can limit flux through the Krebs cycle by inhibiting pyruvate dehydrogenase [18] . Loss of PPAR-α prevents PDK4 expression, and this may lead to an active form of pyruvate dehydrogenase in the liver causing increased glucose utilisation. A similar interaction may exist between nhr-49 and PDK in nematodes. Another plausible hypothesis is that there may be reduced flux through the glycolylate pathway arising from a decrease in precursor fatty acid β oxidation products, in particular acetyl Co-A, decreasing glucose synthesis.

In conclusion, our combined metabolomic approach suggests that nhr-49 has a role in regulating lipid synthesis, β-oxidation of fatty acids, glycolysis and gluconeogenesis in a similar manner to the role of PPAR-α in the mouse liver.


شاهد الفيديو: Eisenia fetida BEST Beginners Compost Worm (قد 2022).