科学家分享高度再生蠕虫Pristinaleidyi的单细胞图谱

包括圣路易斯华盛顿大学的B.DuyguÖzpolat在内的一个国际科学家团队出版了第一本普里什蒂纳leidyi(Pristina)的单细胞图谱。普里什蒂纳是水若虫，一种分节环节动物，具有非凡的再生能力，令生物学家着迷。一个多世纪以来。

环节动物——包括其中最常见的蚯蚓——是分布广泛、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，并且许多能够无性繁殖。然而，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。

这种名为普里什蒂纳(Pristina)的特殊蠕虫在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复制品。

利用一种称为副原子裂变的机制，蠕虫开始在单个身体节段内形成并分化出新的头部和尾部节段，从而产生所谓的“蠕虫链”。最终，这些克隆体分离并成为不同的个体。

“这些蠕虫不断地产生所有身体部位，从而产生所有成体细胞类型，”艺术与科学生物学助理教授厄兹波拉特说。

总之，这种蠕虫的新单细胞图谱组装了75,218个单细胞转录组，表征了所有主要环节动物细胞类型，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。

厄兹波拉特说：“我们想了解像普里什蒂纳这样的不同生物体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所具有的分子特征。”

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

“令人好奇的是，这些蠕虫能够无限期地维持成体干细胞，”厄兹普拉特说。

“我们已经从一个个体中培养出数千个克隆体，并且我们的蠕虫培养物仍然很强大。”

当普里什蒂纳开始从单个身体节段内形成和区分新的头部和尾部节段时，“蠕虫链”就启动了。在此图像中，首先制成蠕虫2，然后在原始蠕虫和蠕虫2之间开始形成蠕虫3。图片来源：EduardoZattara和B.DuyguÖzpolat

分段现实

Özpolat与英国埃克塞特大学的JordiSolana和马德里自治大学的PatriciaÁlvarez-Campos合作，为普里什蒂纳制作并绘制了单细胞图谱。索拉纳和他的团队此前专注于另一种蠕虫的干细胞：涡虫或扁虫。

普里什蒂纳对于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，尾部有一个生长区，可以从两个同心干细胞环中不断产生新的节段。

还有普里什蒂纳不寻常的发芽或形成链条的倾向。

“当动物达到一定大小时，它会以某种方式感觉到自己已经达到了分裂的阈值，”厄兹普拉特说。“因此，它开始在身体中部形成一个头部，然后形成一个新的尾巴。这意味着它必须将原来包含肠道的部分完全重组为现在将拥有新大脑的部分，或者新的卵巢和睾丸。”

作为一名博士后学者，厄兹普拉特最感兴趣的是蠕虫如何产生新的性腺，作为这个链状生殖过程的一部分。

对于未来的研究方向，她还计划关注肠道。

“使用单细胞图谱，你可以获取整个有机体，然后将其真正分成单个细胞。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这种动物中存在的细胞类型，”厄兹普拉特说。“它的肠道组织得非常整齐和具体。这种微小的蠕虫体内大约有12种不同的肠道细胞类型，这对于我们已经开展的未来项目来说将非常有趣。

“现在它打开了很多扇门，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。

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