ข้อมูล

อะไรคือความแตกต่างระหว่างเวิร์มเหล่านี้: Caenorhabditis elegans และ Eisenia fetida?

อะไรคือความแตกต่างระหว่างเวิร์มเหล่านี้: Caenorhabditis elegans และ 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.

ฉันชอบทำปุ๋ยหมักไส้เดือน (ฉันใช้ไส้เดือนแดง) แต่สงสัยว่ามันเหมือนหรือต่างกันอย่างไร Caenorhabditis elegans และ Eisenia fetida เป็น?


Caenorhabditis elegans เป็นไส้เดือนฝอย Eisenia fetida เป็นแอนนิลิด พวกเขาทั้งคู่เป็น lophotrochozoans (โดยเฉพาะอย่างยิ่ง trochozoans)

เวลาแห่งความแตกต่าง

จากข้อมูลของ Michael Lynch มีการแทนที่กรดอะมิโนประมาณ 41 ตัวต่อไซต์ระหว่าง Annelida และ Nematoda จากข้อมูลของลินช์ ฉันคาดว่าความแตกต่างนี้จะเท่ากับ 100 ล้านปีโดยประมาณ

ดังนั้น สมมติว่าอัตราการวิวัฒนาการของโมเลกุลคงที่ บรรพบุรุษร่วมกันของพวกมันมีชีวิตอยู่เมื่อประมาณ 100 ล้านปีก่อน

ความแตกต่างทางกายวิภาค

ไส้เดือนฝอยมี pseudocoelom ในขณะที่ annelids มี eucoelom ดังนั้นไส้เดือนฝอยจึงไม่มีระบบเลือดของหลอดเลือด อย่างไรก็ตาม Annelids มีหนึ่งอัน ไส้เดือนฝอยยังขาดชั้นของกล้ามเนื้อวงกลมซึ่งมี annelids กล้ามเนื้อชั้นนี้ช่วยให้แอนนีลิดเคลื่อนที่ได้โดยการย่อและยืดร่างกายของพวกมัน

C. elegans โดยเฉพาะอย่างยิ่งไม่มีเพศหญิง มีเพียงหนอนตัวผู้และตัวเมีย เฉพาะตัวผู้เท่านั้นที่สามารถให้ปุ๋ยหนอนตัวอื่นได้

E. fetida เป็นกระเทยและสองคนสามารถปฏิสนธิกันได้


ข้อมูลเชิงลึกเกี่ยวกับชีววิทยาของสังกะสีและแคดเมียมในไส้เดือนฝอย Caenorhabditis elegans ☆

อธิบายบทบาทของผู้ขนส่งสังกะสีในตระกูล CDF สี่รายที่ไกล่เกลี่ยการค้าสังกะสีและสภาวะสมดุลใน Caenorhabditis elegans.

ทบทวนกลไกของการควบคุมการถอดรหัสเพื่อตอบสนองต่อสังกะสีและแคดเมียมสูงใน C. elegans.

อธิบายสองกรณีที่ชีววิทยาของสังกะสีมีอิทธิพลต่อการกำหนดชะตากรรมของเซลล์ในระหว่าง C. elegans การพัฒนา.

สรุปการวิเคราะห์ทางพันธุกรรมของความไวและความต้านทานต่อความเป็นพิษของสังกะสีและแคดเมียม

ทบทวนวิธีการแสดงภาพและหาปริมาณสังกะสีใน ค. เอเลแกนส์.


พื้นหลัง

ประวัติของอาวุธไม่ละเอียดอ่อน (IMs) สามารถสืบย้อนไปถึงเดือนมิถุนายน 2521 เมื่อกระทรวงกลาโหมสหรัฐ (DoD) และกระทรวงพลังงาน (DOE) ตกลงที่จะดำเนินการร่วมกันเพื่อศึกษาประโยชน์ของวัตถุระเบิดและสารขับเคลื่อนที่ไม่ไวต่อความรู้สึกในลักษณะทั่วไปบางอย่าง DoD ระบบอาวุธทั่วไป [1, 2] ต่างจากอาวุธยุทโธปกรณ์ทั่วไป IM ไม่มีแนวโน้มที่จะระเบิดเนื่องจากการกระแทก ความร้อน หรือไฟไหม้ และด้วยเหตุนี้จึงช่วยเพิ่มความปลอดภัยของคนงานและทหารในระหว่างการผลิต ขนส่ง จัดเก็บ และใช้สำหรับการทดสอบ การฝึกอบรม และการปฏิบัติการทางทหาร [2] ในปี 2010 กองทัพสหรัฐฯ อนุมัติ IMX-101 (คำย่อของ Insensitive Munitions Explosive 101) เป็นสูตร IM แรก ซึ่งผ่านเกณฑ์ทั้งหกข้อ ได้แก่ การกระแทกชิ้นส่วน การกระแทกที่มีรูปร่าง การหุงช้า การหุงเร็ว , กระสุนหลายนัดเป็นวัตถุระเบิดแรงสูงและการระเบิดที่เห็นอกเห็นใจ [3]

เพื่อระบุลักษณะที่อาจเป็นไปได้ต่อสุขภาพของมนุษย์และความเสี่ยงด้านสิ่งแวดล้อมที่เกี่ยวข้องกับการสัมผัสกับ IMX-101 อย่างเต็มที่ มีการศึกษาทางพิษวิทยาและทางนิเวศวิทยาจำนวนมากกับ IMX-101 และองค์ประกอบสามประการ: 2,4-dinitroanisole (DNAN แทนที่ 2,4,6- trinitrotoluene หรือ TNT), 3-Nitro-1,2,4-Triazol-5-One (NTO แทนที่ 1,3,5-trinitro-1,3,5-triazacyclohexane หรือที่เรียกว่า Research Department Formula X หรือ RDX) และไนโตรกัวนิดีน (NQ) (ดูรูปที่ 1 สำหรับโครงสร้างทางเคมี) ในร่างกาย (รวมถึงการสัมผัสแบบเฉียบพลัน กึ่งเฉียบพลัน และกึ่งเรื้อรัง) และผลการทดสอบความเป็นพิษต่อร่างกาย บ่งชี้ว่า DNAN [4] มีความเป็นพิษปานกลางในขณะที่ NQ [5] และ NTO [6] ไม่มีหรือมีความเป็นพิษต่ำต่อความหลากหลายทางสรีรวิทยา จุลพยาธิวิทยา จุดยุติการสืบพันธุ์ พัฒนาการ ความเป็นพิษต่อพันธุกรรม และการกลายพันธุ์ในสัตว์ฟันแทะของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม เช่น หนู หนู และกระต่าย ในการศึกษาความเป็นพิษกึ่งเฉียบพลันเป็นเวลา 14 วัน DNAN ทำให้เกิดภาวะโลหิตจางและการบาดเจ็บของเซลล์ตับในหนูเพศเมียและภาวะอัลบูมินในเลือดสูงในหนูเพศผู้ [7] ในการศึกษา subchronic อื่นอีก 90 วัน การให้ DNAN ทางปากทำให้เกิดการตายที่ขนาดยาสูงสุด (80 มก./กก./วัน) และผลกระทบที่ต่ำกว่าปกติอื่นๆ รวมถึงการทำงานของระบบประสาทและกล้ามเนื้อที่เปลี่ยนแปลงไป (ความเป็นพิษต่อระบบประสาท) ภาวะโลหิตจาง ม้ามโต ภาวะเม็ดเลือดแดงแตก และการสร้างเม็ดเลือดนอกเยื่อหุ้มสมอง ( ทั้งหมดนี้บ่งชี้ว่าเลือดเป็นอวัยวะเป้าหมาย) เช่นเดียวกับความเป็นพิษของอัณฑะที่แสดงออกโดยมวลที่ลดลงของอัณฑะและหลอดน้ำอสุจิ การเสื่อมสภาพของท่อน้ำอสุจิ และอสุจิในท่อน้ำอสุจิในเพศชาย [7] การให้ DNAN ขนาด 120 และ 150 มก. เพียงครั้งเดียวทำให้นกกระทาญี่ปุ่นอายุ 2 สัปดาห์เสียชีวิต (นกกระทาที่ได้รับยา 1/5 และ 5/9 ตัวตามลำดับ) และต้อกระจกในนกกระทาที่รอดชีวิตทั้งหมด [8] การศึกษาอื่นชี้ให้เห็นว่า DNAN สามารถทำให้เกิดความเป็นพิษต่อระบบสืบพันธุ์ของมารดา ความเป็นพิษต่อตัวอ่อน และการสร้างลูกในครรภ์ในหนูที่ตั้งครรภ์ด้วยขนาดยา 5, 15 และ 45 มก./กก./วัน เป็นเวลา 2 สัปดาห์ระหว่างตั้งครรภ์ [9] ผลกระทบหลักของความกังวลสำหรับ NTO คือความเป็นพิษของลูกอัณฑะที่พบในหนูและหนูในการทดสอบความเป็นพิษต่อการสืบพันธุ์ในรุ่นหนึ่งทั้งแบบกึ่งเรื้อรังและแบบขยาย [10,11,12,13] NTO ไม่แสดงฮอร์โมนเอสโตรเจนหรือแอนโดรเจนที่รบกวนการทำงานของต่อมไร้ท่อ [14] หรือผลทางระบบประสาท [10] ในหนูที่ปริมาณสูงถึง 1,000 มก./กก./วัน เรดดี้และคณะ [15] เปิดเผยว่า NTO ไม่เป็นพิษต่อยีนโดยใช้แบตเตอรี่ของการทดสอบความเป็นพิษต่อพันธุกรรม ในหลอดทดลอง และในร่างกาย ความเป็นพิษต่ำของ NTO อาจเนื่องมาจากคุณสมบัติในการรับอิเล็กตรอนต่ำ ซึ่งแสดงให้เห็นโดยปฏิกิริยาของมันกับฟลาโวเอนไซม์ที่ถ่ายโอนทั้งอิเล็กตรอนเดี่ยวและสองอิเล็กตรอน [16]

โครงสร้าง 2 มิติขององค์ประกอบ IMX-101 สามองค์ประกอบ

การประเมินทางนิเวศวิทยาขององค์ประกอบ IM ทั้งสามนั้นส่วนใหญ่ดำเนินการในสิ่งมีชีวิตในน้ำ DNAN ยับยั้งเมทาโนเจนอย่างรุนแรง แบคทีเรียไนตริไฟริ่ง และ อาลิวิบริโอ ฟิชเชรี ด้วยความเข้มข้นในการยับยั้ง 50% (IC50) ตั้งแต่ 41–57 ไมโครโมลาร์ แต่สามารถยับยั้งแอโรบิกเฮเทอโรโทรฟ (IC) ได้น้อยกว่าอย่างเห็นได้ชัด50 > 390 ไมโครโมลาร์) [17]. โดดาร์และคณะ [18] สังเกตความเป็นพิษต่อระบบนิเวศน์สำหรับ DNAN ต่อไปนี้: ความเข้มข้นของผลกระทบ 50% (EC50) 4.0 มก./ลิตร เป็นเวลา 72 ชั่วโมง Pseudokirchneriella subcapitata (สาหร่ายสีเขียว) การเจริญเติบโต 7 มก./กก. สำหรับ 19 วัน โลเลียม เพอเรน (ไรกราส) การเจริญเติบโต 60.3 มก./ลิตร เป็นเวลา 30 นาที ก. ฟิชเชอรี แบคทีเรียเรืองแสงได้ และ 31 มก./กก. เป็นเวลา 48 ชั่วโมง Eisenia andrei (ไส้เดือน) การหลีกเลี่ยงดินและความเข้มข้น 14-d 50% ที่ทำให้ถึงตาย (LC50) 47 มก./กก. สำหรับ อี. อังเดร. DNAN ทำให้เกิดความเสียหายของ DNA ใน Daphnia carinata ด้วย LC . 48 ชั่วโมง50 15 มก./ลิตร ที่ได้จากการวิเคราะห์ดาวหาง [19] เคนเนดี้และคณะ (20) รายงานความเป็นพิษเฉียบพลันและเรื้อรังของ DNAN to Pimephales promelas (ปลาซิวหัวโต) และคลาโดเซอแรนสองตัว (Ceriodaphnia dubia และ Daphnia pulex): LC . เฉียบพลัน50 ตั้งแต่ 14.2 มก./ล. ถึง 42 มก./ล. LC . เรื้อรัง50 10 มก./ลิตร ถึง > 24.2 มก./ลิตร และ IC สำหรับการเจริญพันธุ์50 2.7 มก./ลิตร ถึง 10.6 มก./ลิตร โดยมี ง. พูลเล็กซ์ เป็นสายพันธุ์ที่อ่อนไหวที่สุด โดยใช้ รานา ปิเปียนส์ (กบเสือดาว) ลูกอ๊อดเป็นสิ่งมีชีวิตทดลอง สแตนลีย์และคณะ [21] สังเกต LC . 96 ชั่วโมง50 24.3 มก./ลิตร สำหรับ DNAN และ LOEC การตาย 28 วัน (ความเข้มข้นของผลกระทบที่สังเกตได้ต่ำสุด) ที่ 2.4 มก./ลิตร และ 5.0 มก./ลิตร สำหรับ DNAN และ NTO ตามลำดับ อย่างไรก็ตาม ทั้งระยะพัฒนาการของลูกอ๊อดและการเจริญเติบโตไม่ได้รับผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญในการเปิดรับ 28-d [21] NQ มีความเป็นพิษเฉียบพลันต่ำต่อปลารวมทั้งเรนโบว์เทราต์ (Ongorhynchus myisi), ปลาซิวหัวโต, ปลาดุก (Ictalurus punctatus) และ bluegills (เลปอมิสมาโครชิรัส) สัตว์ไม่มีกระดูกสันหลังรวมทั้งหมัดน้ำ (Daphnia magna), แอมฟิพอด (Hyallela azteca และ แกมมารัสลบ), ตัวอ่อนมิดจ์ (Paratanytarsus dissimilis) และหนอนน้ำ (Lumbriculus variegatus) และสาหร่าย (Selenastrum capricornutum) จนถึงระดับขีดจำกัดความสามารถในการละลายน้ำ [22] ข้อมูลความเป็นพิษเรื้อรังของ NQ แสดงระดับผลข้างเคียงที่ไม่สามารถสังเกตได้ (NOAEL) 260 มก./ลิตร และระดับผลข้างเคียงที่สังเกตได้ต่ำสุด (LOAEL) 440 มก./ลิตร ใน C. dubia [23], LOEC 2030 มก./ล. และความเข้มข้นที่ไม่มีผลที่สังเกตได้ (NOEC) 1050 มก./ลิตร (อิงจากการลดระยะชีวิตในวัยเด็กของความยาวทั้งหมด) ในปลาซิวหัวโต [23] และไม่เป็นพิษต่อเรนโบว์เทราต์จนถึงความอิ่มตัว [ 22, 23].

ข้อมูลอื่นๆ จากการตรวจสอบอย่างต่อเนื่องในห้องปฏิบัติการของเราชี้ให้เห็นว่า DNAN, NTO และ NQ กระตุ้นความเป็นพิษอย่างอิสระต่อสิ่งมีชีวิตในการทดสอบ รวมถึงตัวอ่อนของปลาซิวหัวโต [24], สัตว์ครึ่งบกครึ่งน้ำในน้ำจืด Hyallela azteca (Lotufo et al. ข้อมูลที่ไม่ได้เผยแพร่) และไส้เดือน Eisenia fetida (Gong et al. ข้อมูลที่ไม่ได้เผยแพร่) ตามข้อตกลงกับผลการตีพิมพ์ ข้อมูลของเรายังระบุด้วยว่า DNAN และ NTO เกี่ยวข้องกับความเป็นพิษส่วนใหญ่ที่กระทำโดย IMX-101 โดยที่ DNAN เป็นพิษมากกว่า NTO อย่างไรก็ตาม ผลลัพธ์ของโหมดการดำเนินการสำหรับองค์ประกอบ IM ทั้งสามเพิ่งเริ่มปรากฏขึ้น เช่น ในปลาสายพันธุ์ [24, 25] แต่ช่องว่างความรู้ที่สำคัญยังคงอยู่ เพื่อเติมเต็มช่องว่างความรู้นี้ เราได้เปิดตัวการศึกษา toxicogenomics ในปัจจุบัน เพื่อตรวจสอบกลไกทางพิษวิทยาขององค์ประกอบ IM ซึ่งเราตั้งสมมติฐานว่าสารเคมีทั้งสามจะทำหน้าที่อย่างอิสระต่อเป้าหมายระดับโมเลกุลที่แตกต่างกัน และส่งผลกระทบต่อวิถีทางชีววิทยาที่แตกต่างกันใน Caenorhabditis elegans. C. elegans ได้รับเลือกให้เป็นสิ่งมีชีวิตทดสอบเพราะการทดสอบความเป็นพิษในสิ่งมีชีวิตนี้สามารถเชื่อมโยงจุดสิ้นสุดทางพันธุกรรม ชีวเคมี พัฒนาการ และสรีรวิทยา [26] นอกจากนี้, C. elegans เป็นสิ่งมีชีวิตอิสระที่มีขนาดเล็ก (ความยาว 1 มม.) และโปร่งใส โปรแกรมพัฒนาการที่อธิบายไว้อย่างสมบูรณ์ และวงจรชีวิตสั้น [27] มีความสำคัญสำหรับการศึกษาจีโนม มีลำดับจีโนมอย่างสมบูรณ์ (ประมาณ 100 Mb) และมีคำอธิบายประกอบที่ดี (20,362 โปรตีนเข้ารหัสและ 24,719 ยีนที่ไม่เข้ารหัส) จีโนม ([28] ดู http://useast.ensembl.org/Caenorhabditis_elegans /ข้อมูล/คำอธิบายประกอบ). มีหลักฐานเพิ่มขึ้นว่าผลการทดสอบความเป็นพิษที่ได้จากการใช้ C. elegans เป็นการทำนายผลลัพธ์ในยูคาริโอตที่สูงขึ้นรวมทั้งมนุษย์ ซึ่งน่าจะเกิดจากการอนุรักษ์ทางพันธุกรรมและความคล้ายคลึงกันทางสรีรวิทยา [29] ตัวอย่างเช่น 90% ของยีนที่ไม่ใช่โรคที่เกี่ยวข้องกับไลโซโซมของมนุษย์และ 70% ของยีนผิดปกติในการจัดเก็บไลโซโซมของมนุษย์มี C. elegans homologs [30] เพื่อให้สามารถคัดกรองสารพิษ lysosomal ได้อย่างรวดเร็วโดยใช้ C. elegans การตรวจร่างกาย [31]. นอกจากนี้ยังมีรายงานความสัมพันธ์ที่ดีสำหรับเกลือโลหะระหว่าง C. elegans การจัดอันดับการตายและ LD ในช่องปากของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม50 อันดับ [32, 33]. คุณสมบัติทั้งหมดนี้ทำให้ C. elegans แบบจำลองทางพิษจีโนมิกส์ที่ยอดเยี่ยมสำหรับการระบุเป้าหมายระดับโมเลกุลรวมถึงการประเมินความเสี่ยงอย่างรวดเร็วของสารเคมีที่ไม่มีลักษณะเฉพาะ [26, 29] รวมถึงสารประกอบ IM


เชิงนามธรรม

แคดเมียมเป็นสารก่อมลพิษสิ่งแวดล้อมที่เป็นพิษอย่างแพร่หลาย การใช้โปรตอน NMR spectroscopy และ UPLC-MS เราได้รับโปรไฟล์การเผาผลาญจากสิ่งมีชีวิตแบบจำลอง Caenorhabditis elegans สัมผัสกับความเข้มข้นของแคดเมียมที่ร้ายแรง สถานะเมทัลโลไธโอนีนทั้งที่มีหรือไม่มีแคดเมียม (เดี่ยวหรือคู่ .) mtl น็อคเอาต์) ปรับโปรไฟล์การเผาผลาญอย่างชัดเจน อย่างไรก็ตาม โดยไม่ขึ้นกับความเครียด การได้รับแคดเมียมส่งผลให้ความเข้มข้นของซิสตาไธโอนีนลดลงและการเพิ่มขึ้นของเปปไทด์ phytochelatin-2 และ phytochelatin-3 ที่สังเคราะห์ขึ้นโดยไม่ใช้ไรโบโซมเพิ่มขึ้น นี่แสดงให้เห็นว่าการตอบสนองเบื้องต้นต่อแคดเมียมในระดับต่ำคือการควบคุมความแตกต่างของ C. elegans เส้นทางทรานส์ซัลเฟอร์เรชัน ซึ่งส่งผ่านฟลักซ์จากเมไทโอนีนผ่านซิสเทอีนไปสู่การสังเคราะห์ไฟโตเชลาติน ผลลัพธ์เหล่านี้ได้รับการสนับสนุนโดยการค้นพบว่า phytochelatin synthase mutants (ชิ้น-1) อย่างน้อยมีลำดับความสำคัญที่ไวต่อแคดเมียมมากกว่าการกลายพันธุ์ของเมทัลโลไทโอนีนเดี่ยวหรือสองครั้ง อย่างไรก็ตาม พบว่ามีความไวต่อสารเติมแต่งต่อแคดเมียมใน mtl-1 mtl-2 pcs-1 สามกลายพันธุ์


ผลลัพธ์

แบบทดสอบการเข้ากลุ่ม

ตารางที่ 1 แสดงผลสำหรับการทดสอบแบบสองทางเลือกโดยใช้การตั้งค่า Y ระยะทาง (ความยาวกิ่ง) ไม่มีผลต่อการเลือกไส้เดือน (Independence chi-square test, χ 2 2 = 1.92, p = 0.382) หรือเวลาไส้เดือนให้เลือก (ตัวแบบเชิงเส้นทั่วไปมี 2 ปัจจัย F2,62 = 0.08, p = 0.92). ดังนั้นเราจึงจัดกลุ่มการทำซ้ำ 90 รายการ โดยทั่วไป เราสังเกตรูปแบบพฤติกรรมทั่วไปสามรูปแบบ: ในบางกรณี ไส้เดือนจะเคลื่อนจากจุดเริ่มต้นทันทีและทำการเลือกอย่างรวดเร็ว (กล่าวคือ ย้ายกิ่งลงมาหนึ่งกิ่งและสัมผัสกับเนื้อเยื่อตาข่ายกั้นทางเดินไปยังห้องเป้าหมาย) ในกรณีอื่นๆ ไส้เดือนเคลื่อนตัวช้ากว่าและสำรวจทางเดินเริ่มต้นและกิ่งหนึ่งหรือทั้งสองกิ่งก่อนที่จะทำการเลือกขั้นสุดท้ายในที่สุดไส้เดือนบางตัวก็ไม่มีทางเลือกไม่ว่าจะยังคงอยู่ที่จุดเริ่มต้นหรือสำรวจทางเดินเริ่มต้นและกิ่งก้านโดยไม่ต้องสัมผัสเนื้อเยื่อตาข่าย กลุ่มไส้เดือนดินดึงดูดแรงดึงดูดอย่างมากในการทดสอบนี้ (>70% ของไส้เดือนเลือกห้องเป้าหมายที่มีไส้เดือน การทดสอบความพอดีของไคสแควร์: N = 68, χ 2 1 = 11.53, p = 0.001). การทดลองเพิ่มเติม 30 ครั้งที่ดำเนินการโดยไม่มีไส้เดือนรวมไม่พบหลักฐานของอคติในการตั้งค่า Y และไส้เดือนที่ทดสอบครึ่งหนึ่งไม่มีทางเลือกภายใต้เงื่อนไขนี้ (ขวา = 7 ซ้าย = 8 ไม่มีทางเลือก = 15) นอกเหนือจากการกระตุ้นให้เกิดความพึงพอใจสำหรับห้องเป้าหมายที่ถูกครอบครองแล้ว การมีอยู่ของไส้เดือนรวมได้เพิ่มเวลาที่ใช้ในการตัดสินใจอย่างมีนัยสำคัญ (12.9±1.1 นาที เทียบกับ 6.7±0.5 นาทีเมื่อไส้เดือนไม่มีตัวแบบเชิงเส้นทั่วไปที่มี 2 ปัจจัยคือ F1,62 = 31.51, p = 0.005)

นอกจากนี้ยังสังเกตเห็นความน่าดึงดูดใจของมวลรวมในเวทีวงกลม ในการทดลองเหล่านี้ ไส้เดือนตัวเดียวเริ่มโดยการสำรวจบริเวณใกล้เคียงโดยการเคลื่อนที่เฉพาะส่วนหน้าของร่างกาย (ศีรษะ) แล้วเริ่มเคลื่อนที่ไปทางหรือออกจากภาคกลาง ตารางที่ 2 แสดงจำนวนไส้เดือนที่แยกได้ทั้งหมดซึ่งมาถึงภาคกลางหรือขอบเวทีสำหรับขนาดรวมแต่ละขนาด และเวลาเฉลี่ยที่ใช้ในการทำการทดลองให้เสร็จสิ้น ไส้เดือนห้าตัวไปไม่ถึงขอบหรือภาคกลางภายใน 45 นาที (ในแต่ละกรณี ไส้เดือนยังคงเคลื่อนที่ไม่ได้ตลอดการทดลอง) ไส้เดือนมาถึงภาคกลางของการตั้งค่ามากขึ้นอย่างเห็นได้ชัดเมื่อมีไส้เดือนอยู่ที่นั่น (การทดสอบไคสแควร์อิสระ χ 2 2 = 13.095, p = 0.001) และจำนวนไส้เดือนที่มาถึงภาคกลางก็ขึ้นอยู่กับขนาดของกระจุกเป็นเส้นตรง (y = 19.1×−2.73 r 2 = 0.99) อย่างไรก็ตาม เวลาจนถึงการเคลื่อนไหวครั้งแรกไม่แตกต่างกันอย่างมีนัยสำคัญกับขนาดรวม (ตารางที่ 2 แบบจำลองเชิงเส้นทั่วไปที่มี 1 ปัจจัย F2,130 = 2.15, p = 0.12) และไม่มีเวลาไปถึงภาคกลาง (ตัวแบบเชิงเส้นทั่วไปที่มี 1 ปัจจัย F2,43 = 0.16 พี = 0.85)

การตรวจการออกจากกลุ่ม

การทดสอบการออกจากกลุ่มในเวทีวงกลมเปิดเผยว่าโอกาสที่สมาชิกกลุ่มจะออกเดินทางเปลี่ยนไปตามกาลเวลาและได้รับอิทธิพลอย่างมีนัยสำคัญจากขนาดรวม ดังแสดงในรูปที่ 3a ความน่าจะเป็นที่จะออกจากกลุ่มลดลงตามจำนวนไส้เดือนที่เพิ่มขึ้น การวิเคราะห์เส้นโค้งการอยู่รอด (รูปที่ 4a) แสดงให้เห็นว่าไส้เดือนมีโอกาสน้อยที่จะออกจากพื้นที่ส่วนกลางเมื่อขนาดของกลุ่มเพิ่มขึ้น (χ 2 3 = 107, p<0.001). ระยะเวลาที่ไส้เดือนตัวแรกออกจากภาคกลางยังเพิ่มขนาดรวมด้วย (One way ANOVA, F3,116 = 54.47, p<0.001) โดยเฉลี่ย ไส้เดือนตัวเดียวออกจากภาคกลางในเวลาน้อยกว่า 1/12 ของเวลาที่ไส้เดือนตัวแรกออกจากกลุ่มละ 10 คน (รูปที่ 5a)

การกระจายความถี่ของจำนวนที่สังเกตได้ (ก) และที่คาดไว้ (ข) จำนวนบุคคลที่ออกจากกลุ่มไส้เดือนดิน 1, 2, 5 หรือ 10 ตัวในระยะเวลา 10, 40 และ 90 นาที

ผลการวิเคราะห์เส้นโค้งการเอาชีวิตรอดสำหรับการออกเดินทางของไส้เดือนตัวแรก (ก) และตัวที่สอง (ข) จากกลุ่มไส้เดือน 1, 2, 5 หรือ 10 ตัว t0 สำหรับไส้เดือนที่สองเป็นเวลาออกเดินทางของตัวแรก

เวลาเฉลี่ยจนกระทั่งไส้เดือนตัวแรก (ก) และตัวที่สอง (ข) ออกจากบริเวณภาคกลางของเวทีวงกลมสำหรับไส้เดือน 1, 2, 5 หรือ 10 ตัว t0 สำหรับไส้เดือนที่สองเป็นเวลาออกเดินทางของตัวแรก

สมการอธิบายพฤติกรรมของไส้เดือนดิน

ในบริบทนี้ เส้นโค้งการเอาชีวิตรอดของกลุ่มที่ไม่บุบสลาย (ไม่มีการออก) (รูปที่ 4a) ถูกประมาณโดยสมการเลขชี้กำลัง: (1) โดยที่ NS เป็นเศษส่วนของหมู่โดยมิได้ออก ณ เวลาใด NS, และ NS คือเวลาเฉลี่ยผกผันของการออกเดินทางครั้งแรกและสอดคล้องกับความน่าจะเป็นที่จะออก เมื่อใช้การประมาณนี้ เวลาเฉลี่ยของไส้เดือนตัวแรกออกจากกลุ่ม (T) สามารถคำนวณสำหรับประชากรไส้เดือนแต่ละกลุ่ม (N) โดยใช้สมการ: (2) โดยที่เวลาของไส้เดือนตัวแรกออกจากกลุ่มเพิ่มขึ้นด้วย จำนวนเฉพาะ (N) ในกลุ่ม จากรูปที่ 6 สมการแสดงเวลาออกเดินทางของไส้เดือนตัวแรกในหน้าที่ของขนาดประชากรไส้เดือนถูกกำหนดให้เป็น: (3) ในทำนองเดียวกันกับของไส้เดือนที่หนึ่ง ความน่าจะเป็นของไส้เดือนที่สองออกจากกลุ่มลดลงอย่างมีนัยสำคัญ ด้วยขนาดรวมที่เพิ่มขึ้น (รูปที่ 4b χ 2 2 = 35.8, p<0.001) ในขณะที่เวลาที่ใช้ในการลาเพิ่มขึ้น (รูปที่ 5b โมเดลเชิงเส้นทั่วไป F2,38 = 18.0, p<0.001). ตามเวลาที่จะออกเดินทางไส้เดือนที่สองจะวัดจากครั้งแรก t0 สำหรับไส้เดือนที่สองคือเวลาออกเดินทางของไส้เดือนตัวแรกที่จะออกจากกลุ่ม บางครั้งไส้เดือนออกจากภาคกลางไปสัมผัสกับไส้เดือนตัวก่อน (กล่าวคือ ถูกลากไปบางส่วน) เป็นการตรงไปตรงมาที่จะหาจำนวนผลกระทบนี้ในกลุ่มไส้เดือน 2 ตัว การออกเดินทางของไส้เดือนที่สองเร็วขึ้นอย่างมีนัยสำคัญเมื่อสังเกตการสัมผัสระหว่างไส้เดือนดิน 0.39 นาที±0.68 นาที (ค่าเฉลี่ย± SD) เทียบกับ 8.71 นาที±8.08 นาที (ค่าเฉลี่ย± SD) เมื่อไม่พบการสัมผัส (แบบจำลองเชิงเส้นทั่วไป F1,27 = 20.45, p<0.001). เนื่องจากการติดต่อระหว่างบุคคล เส้นโค้งการเอาตัวรอดของไส้เดือนตัวที่สองที่ออกจากบริเวณศูนย์กลางสามารถประมาณได้เป็นทวีคูณ: (4) โดยที่ NS ( = 0.24) คือเศษส่วนของการออกเดินทางที่มีการติดต่อ (1-NS) เป็นเศษส่วนของการเดินทางแบบไม่ต้องสัมผัส NS เป็นค่าคงที่ของการออกเดินทางโดยการติดต่อ (NS = 7.32 นาที -1 ) และ ( = 0.11 นาที −1 ) คือค่าคงที่ของการออกเดินทางแบบไม่สัมผัส โดยสมมติความน่าจะเป็นคงที่ผกผันของ NS และ สอดคล้องกับค่าเฉลี่ยความล่าช้าระหว่างการออกเดินทางของไส้เดือนทั้งสอง (มีและไม่มีการติดต่อตามลำดับ) ดังนั้น, NS -1 และ -1 สอดคล้องกับระยะเวลาเฉลี่ยของการออกจากไส้เดือนที่สอง (ด้วยการสัมผัส 0.14 กับ 0.39 นาทีโดยไม่ต้องสัมผัส 9.1 เทียบกับ 8.71 นาที)

เวลาออกเดินทางโดยเฉลี่ยเป็นหน้าที่ของขนาดคลัสเตอร์และการปรับ (เส้นสีดำ)

แบบจำลองอธิบายพฤติกรรมของไส้เดือนดิน

วัตถุประสงค์ของแบบจำลองต่อไปนี้คือเพื่อตรวจสอบความถูกต้องของข้อตกลงระหว่างการสังเกตการณ์ของเราในระดับบุคคลและระดับส่วนรวม และเพื่อเน้นลักษณะเฉพาะบางประการของการเปลี่ยนแปลงโดยรวม เช่น การเกิดขึ้นขององค์ประชุมหรือขนาดกลุ่มธรณีประตู

ผลการทดลองและการวิเคราะห์ของเราระบุว่าเวลาเฉลี่ยของไส้เดือนตัวแรกที่ออกจากกลุ่มจะเพิ่มขึ้นตามจำนวนเฉพาะ (N) ในกลุ่ม (ดูสมการ 2) กราฟการเอาชีวิตรอดของกลุ่มที่ไม่บุบสลายซึ่งถูกประมาณโดยเลขยกกำลัง ความน่าจะเป็นของการออกแต่ละครั้งจึงเป็นค่าผกผันของเวลาเฉลี่ยนี้ (ดูสมการที่ 1) เราคิดว่าความน่าจะเป็นที่จะจากไปนั้นเท่ากันสำหรับแต่ละคนและเท่ากับ Q(N) โดยที่ NS คือจำนวนปัจเจกบุคคลโดยรวม: (5) ยิ่งกว่านั้นสำหรับผู้ติดตาม (คนที่จะไปถัดไป) เราละเลยผลการอำนวยความสะดวกเนื่องจากการจากไปของไส้เดือนก่อนหน้า (ดูสมการ 4)

เพื่อสรุปแบบจำลอง เราถือว่ากระบวนการกระโดดแบบ Markovian เป็นเวลาต่อเนื่อง กล่าวคือ ความน่าจะเป็นต่อหน่วยเวลาของการตอบสนองที่เกิดขึ้น (กล่าวคือ ออกจากผลรวม) จะคงที่ตราบเท่าที่สิ่งกระตุ้น (เช่น ขนาดของกลุ่ม ) ยังคงเหมือนเดิม แต่จะข้ามไปยังค่าใหม่เมื่อสิ่งเร้าเปลี่ยนแปลง (เช่น เมื่อไส้เดือนออกจากมวลรวม)

เพื่อทดสอบความเกี่ยวข้องของแบบจำลองเชิงเปรียบเทียบและทำความเข้าใจผลกระทบหลักที่เกิดจากความผันผวนแบบไดนามิก การจำลองแบบมอนติคาร์โลถูกนำมาใช้ ซึ่งจะมีการรวมลักษณะสุ่มของกระบวนการโดยอัตโนมัติ การจำลองขึ้นอยู่กับความน่าจะเป็นที่ประมาณการไว้ก่อนหน้านี้ที่จะออกจากกลุ่ม Q(N) ซึ่งเป็นค่าผกผันของเวลาเฉลี่ยในการออกจากกลุ่ม เราคิดว่าแต่ละคนปฏิบัติตามหน้าที่นี้ ขั้นตอนของแบบจำลองสามารถสรุปได้ดังนี้: (1) เงื่อนไขเริ่มต้น: จำนวนบุคคลภายในกลุ่ม (N) ถูกกำหนดที่ N0 (2) กระบวนการตัดสินใจ: ในแต่ละขั้นตอน (t) ตำแหน่งของแต่ละคน (ยังคงอยู่ในกลุ่มหรือนอกกลุ่ม) จะถูกบันทึกไว้ จากนั้นความน่าจะเป็นที่จะย้ายออกจากคลัสเตอร์จะได้รับโดย Q(N) สำหรับแต่ละบุคคลในกลุ่ม การจากไปของบุคคล ณ เวลา t ขึ้นอยู่กับการเปรียบเทียบระหว่างค่าที่คำนวณได้ของ Q และตัวเลขสุ่มที่สุ่มตัวอย่างจากการแจกแจงแบบสม่ำเสมอระหว่าง 0 ถึง 1 หากค่านี้น้อยกว่าหรือเท่ากับ Q แต่ละรายการจะออกจากคลัสเตอร์ ถ้าไม่เช่นนั้นก็อยู่ภายในนั้น ความน่าจะเป็น Q(N) ของการออกจากกลุ่มได้รับการปรับปรุงในแต่ละขั้นตอนการจำลองโดยสัมพันธ์กับจำนวนบุคคลที่เหลืออยู่ ในแบบจำลอง ไส้เดือนจะไม่เข้าร่วมคลัสเตอร์อีก (ห้ามเข้า) การทำซ้ำของกระบวนการนี้ทำให้เราสามารถจำลองการอยู่รอดของคลัสเตอร์เมื่อเวลาผ่านไป และทำซ้ำขั้นตอน 90000 ขั้น (เช่น 180 นาที โดยแต่ละขั้นตอนของเวลา = 0.01 นาที) การจำลอง Monte Carlo ดำเนินการ 6000 ครั้ง (200 × กลุ่ม 30 การจำลอง) การแจกแจงจำนวนบุคคลที่อยู่ในคลัสเตอร์นั้นคำนวณโดยสัมพันธ์กับเวลาและเปรียบเทียบกับผลการทดลอง

มีข้อตกลงที่ดีระหว่างผลทางทฤษฎีและการทดลองสำหรับไส้เดือน 1, 2 และ 10 และข้อตกลงที่อ่อนแอกว่าสำหรับกลุ่ม 5 (รูปที่ 3a และ 3b) แยกเดี่ยวออกจากโซนเริ่มต้นอย่างรวดเร็ว และในระหว่างการทดลองสำหรับหนอน 10 ตัว ไส้เดือนส่วนใหญ่ยังคงอยู่ภายในกระจุก สำหรับไส้เดือน 2 และ 5 ตัว การแจกแจงจำนวนการจำลองและการทดลองตามฟังก์ชันของจำนวนไส้เดือนที่เหลือเป็นแบบไบโมดอล โดยคร่าวๆ การจำลองสามารถแบ่งออกเป็นคลาสที่มีไส้เดือนจำนวนน้อยออกจากกระจุกและ ชั้นเรียนกับทุกคนที่ออกไปแล้ว ไดนามิกเหล่านี้เป็นผลมาจากการพึ่งพาความน่าจะเป็นที่จะออกจากคลัสเตอร์ Q(N) กับขนาดคลัสเตอร์ (N) และบ่งบอกถึงการมีอยู่ของขนาดกลุ่มธรณีประตู: ระบบจะแสดงการตอบสนองที่แตกต่างกันในเชิงคุณภาพทั้งนี้ขึ้นอยู่กับประชากรเริ่มต้น

การมีอยู่ของธรณีประตูหรือองค์ประชุมนั้นยังระบุด้วยสัดส่วนเฉลี่ยของไส้เดือนที่ปล่อยก่อนเวลาที่กำหนด t สัดส่วนเฉลี่ยนี้ (F คำนวณจากการจำลองรวม 1,000 รายการ) ลดลงตามเส้นโค้งซิกมอยด์เมื่อขนาดเริ่มต้นของคลัสเตอร์ (N0) เพิ่มขึ้นและเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็วเมื่อจำนวนไส้เดือนเริ่มต้นเกินเกณฑ์ (S) (รูปที่ 7) เมื่อใดก็ได้ t สัดส่วนเฉลี่ยนี้จะพอดีโดยฟังก์ชัน Hill-type [14] (r 2 >0.99, 3.2<k<5.65, 1.5<S<6.7 for 10, 20,…,180 min): (6) ตามรอยซัมเตอร์และแพรตต์ [14] NS เป็นการตอบสนององค์ประชุมที่ระดับคลัสเตอร์ ค่าเกณฑ์ NS นอกจากนี้ยังสามารถกำหนดเป็นค่าของN0 ที่ให้สัดส่วนเฉลี่ยของบุคคลออกจากคลัสเตอร์ = 0.5 k กำหนดความชันของฟังก์ชัน NS. S และ k เป็นฟังก์ชันของเวลา t: ค่าที่มากกว่าของ t ให้ค่า S และ k ที่มากกว่า รูปที่ 7 แสดงว่าเกณฑ์เพิ่มขึ้นทีละน้อยตามเวลา ตัวอย่างเช่น ธรณีประตูมีประมาณ 3.5 ไส้เดือนใน 60 นาที และประมาณ 5.5 ไส้เดือนมากกว่า 180 นาที เกณฑ์นี้เกิดขึ้นในระดับส่วนรวมจากการเปลี่ยนแปลงของการจากไป อันที่จริง ความน่าจะเป็นของแต่ละคนที่จะออกจาก Q(N) ไม่ได้แสดงพฤติกรรมที่เป็นเกณฑ์ใดๆ

เป็นหน้าที่ของขนาดเริ่มต้นของคลัสเตอร์ * หมายถึงเกณฑ์สำหรับ 60, 120 และ 180 นาที

นอกจากนี้ เมื่อมีการปรับเปลี่ยนแบบจำลองเพื่อรองรับการรวมและการออกจากระบบ ดังนั้นสำหรับความเป็นไปได้ในการเพิ่มขนาดกลุ่ม จะเป็นเรื่องง่ายที่จะแสดงว่าระบบแสดงขนาดวิกฤตเริ่มต้น (หรือขีดจำกัด) ของการรวม (รูปที่ 8a และ b ). ในแบบจำลองเวอร์ชันนี้ เราคิดว่ากลุ่มนี้ถูกล้อมรอบด้วยจำนวนประชากรไส้เดือนคงที่ ซึ่งไส้เดือนจะเข้าร่วมคลัสเตอร์ด้วยความน่าจะเป็นคงที่ต่อหน่วยเวลา (μ) พารามิเตอร์นี้รวมความเร็วในการเคลื่อนที่ของไส้เดือนและความหนาแน่นโดยรอบ ไส้เดือนแต่ละไส้รวมกันในช่วงเวลาที่กำหนดอาจทิ้งด้วยความน่าจะเป็น Q(N) การจำลองเหล่านี้เริ่มต้นด้วยจำนวนไส้เดือนเริ่มต้น (N0) และเวลาของการจำลองคือ 5 ชั่วโมง รูปร่างซิกมอยด์ของประชากรเฉลี่ยภายในกระจุกตามหน้าที่ของประชากรเริ่มต้นยืนยันการมีอยู่ของธรณีประตูอย่างชัดเจน ผลกระทบของเกณฑ์นี้ปรากฏชัดในการแจกแจงผลลัพธ์การจำลองตามหน้าที่ของขนาดกลุ่มเริ่มต้น (รูปที่ 8a) ค่าเกณฑ์จะประมาณเป็นค่าของN0 โดยที่ทางเข้า μ เท่ากับ ทางออก N0ถาม(N0) (สำหรับค่าจำลอง N0≈4) ลดความน่าจะเป็นของการเข้าร่วม (μ) ยิ่งเกณฑ์ยิ่งมาก สำหรับมวลรวมเริ่มต้นขนาดเล็ก (2 คน) ที่ต่ำกว่าเกณฑ์ จุดสูงสุดจะเกิดขึ้นที่ N = 0 ซึ่งบ่งชี้ว่าคลัสเตอร์ส่วนใหญ่ยุบ สำหรับพีคการรวมกลุ่มเริ่มต้นที่ใหญ่ขึ้นตามลำดับที่ N = 0 และค่าที่มากกว่าของ N ตัวอย่างเช่น สำหรับกลุ่มที่ 5 พีคที่สองเกิดขึ้นที่ N = 10 (รูปที่ 8a) ในกรณีนี้ โดยค่าเริ่มต้น (N0 = 5) อยู่ใกล้กับธรณีประตู มวลรวมบางส่วนเพิ่มขึ้นในขนาดและบางอันยุบ และเหลือน้อยมากที่ขนาดเริ่มต้น สำหรับค่า N0 (เช่น 9 คน) ซึ่งอยู่เหนือเกณฑ์ มวลรวมเกือบทั้งหมดเพิ่มขึ้นในขนาดและการกระจายแสดงจุดสูงสุดเดียว (รูปที่ 8a)

(ก) การกระจายของขนาดกระจุกที่ 5 ชั่วโมงสำหรับประชากรเริ่มต้นที่แตกต่างกัน 3 ตัว: ไส้เดือน 2 ตัว ไส้เดือน 5 ตัว และไส้เดือน 9 ตัว โดยมีความน่าจะเป็นที่จะรวมกัน μ = 0.02 นาที -1 และออกจาก Q(N) = N −2.6 / 6.25 นาที -1 . (b) ขนาดคลัสเตอร์เฉลี่ยที่ 5 ชั่วโมงเป็นฟังก์ชันของขนาดเริ่มต้นโดยมีความน่าจะเป็นที่จะเข้าร่วม (μ) = 0.02 นาที -1 และออกจาก Q(N) = N −2.6 /6.25 นาที −1

ไดนามิกของเกณฑ์ยังสามารถมองเห็นได้หากขนาดเฉลี่ยของคลัสเตอร์ถึงหลังจากหน่วยเวลา t ถูกแสดงเป็นฟังก์ชันของขนาดคลัสเตอร์เริ่มต้น ในกรณีนี้ ขนาดกลุ่มเฉลี่ยยังคงใกล้เคียงกับศูนย์สำหรับขนาดคลัสเตอร์เริ่มต้นขนาดเล็ก (N0) และเพิ่มขึ้นอย่างกะทันหันเป็น N0 ใหญ่ขึ้น (รูปที่ 8b)


การอภิปราย

การฟักไข่จากการมีเพศสัมพันธ์เป็นสาเหตุการเสียชีวิตบ่อยครั้งในกระเทย

Caenorhabditis elegans กระเทยแสดงกระบวนการทางสรีรวิทยาที่แข็งแกร่งสำหรับครั้งแรก

5 วันของความเป็นผู้ใหญ่ การเปลี่ยนแปลงความเสื่อมที่เกี่ยวข้องกับอายุที่หลากหลายสามารถสังเกตได้ง่ายในวันที่ 4-6 รวมถึงการลดลงของระดับการผลิตข้ามสายพันธุ์ (ฮิวจ์ส et al., 2007 Andux & Ellis, 2008 เมนเดนฮอลล์ et al., 2011 ) การเคลื่อนไหวร่างกายประสานกัน (Herndon et al., 2002 ) และอัตราการสูบฉีดคอหอย (Huang et al., 2547 ). การลดลงแบบก้าวหน้าในกระบวนการทางสรีรวิทยาที่ซับซ้อนน่าจะสะท้อนถึงการลดลงแบบก้าวหน้าของอวัยวะ เนื้อเยื่อ เซลล์ และ/หรือส่วนประกอบย่อยของเซลล์ที่อยู่เบื้องล่าง แม้ว่าในกรณีส่วนใหญ่การเชื่อมต่อเหล่านี้จะไม่เกิดขึ้นจากการทดลอง (คอลลินส์) et al., 2008b ). ในที่นี้ เราแสดงให้เห็นว่า MH เป็นสาเหตุการเสียชีวิตที่เกี่ยวข้องกับอายุใน WT . ที่แต่งงานแล้ว C. elegans กระเทยที่มีผลต่อประมาณ 70% ของประชากร ผลลัพธ์ของเราระบุว่า MH เป็นตัวบ่งชี้ถึงการลดลงของระบบการวางไข่ที่เกี่ยวข้องกับอายุ การวิเคราะห์นี้อธิบายการลดลงตามอายุของกระบวนการทางสรีรวิทยาที่สำคัญซึ่งไม่เคยมีการระบุลักษณะมาก่อน ซึ่งมีความสำคัญเนื่องจาก C. elegans เป็นระบบแบบจำลองชั้นนำสำหรับการศึกษาทางพันธุกรรมของการสูงวัย และการกำหนดลักษณะของการเปลี่ยนแปลงที่เกี่ยวข้องกับอายุในสัตว์ชนิดนี้เป็นขั้นตอนสำคัญในการเชื่อมโยงยีนที่ควบคุมอายุขัยด้วยกระบวนการทางสรีรวิทยาที่เป็นต้นเหตุ

ในกระเทย WT ที่ผสมพันธุ์ MH ไม่ค่อยเกิดขึ้นก่อนวันที่ 5 ของวัยผู้ใหญ่ เพิ่มขึ้นจากวันที่ 6 เป็น 12 และจบลงด้วยการหยุดการผลิตข้ามรุ่น กระเทยแต่ละคนได้รับ MH หรือการหลบหนี และผลลัพธ์ก็ขึ้นอยู่กับอัตราการลดลงที่เกี่ยวข้องกับอายุสองครั้ง ประการแรก ความสามารถในการสร้างและปฏิสนธิโอโอไซต์แสดงการลดลงตามอายุ และลดโอกาสของ MH เมื่อการเจริญพันธุ์ทำให้เกิดการหยุดการผลิตลูกหลานอย่างสมบูรณ์ กระเทยจะไม่เสี่ยงต่อ MH ประการที่สอง การทำงานของระบบการวางไข่ลดลง และเพิ่มโอกาสของ MH ในที่นี้ เราวัดการลดลงนี้และแสดงอัตราของ MH เพิ่มขึ้นมากกว่า 1,000 เท่าจาก 0.05 เหตุการณ์ต่อ 1,000 ลูกในวันที่ 2 เป็น 91 เหตุการณ์ต่อ 1,000 ลูกรุ่นในวันที่ 12 สำหรับกระเทยที่มีความอุดมสมบูรณ์ด้วยตนเอง ความสามารถในการปฏิสนธิไข่มักจะล้มเหลว เนื่องจากสเปิร์มในตัวเองหมดลงก่อนที่ระบบวางไข่จะล้มเหลว ดังนั้น สัตว์ที่เจริญในตัวเองส่วนใหญ่จึงรอดพ้นจาก MH สำหรับกระเทยที่ผสมพันธุ์แล้ว ความสามารถในการสร้างโอโอไซต์ที่ปฏิสนธิมักจะคงอยู่นานกว่าเวลาที่ระบบการวางไข่ล้มเหลว และด้วยเหตุนี้กระเทยที่ผสมพันธุ์แล้วส่วนใหญ่จึงแสดง MH

Gems & Riddle (พ.ศ. 2539) แสดงให้เห็นว่าการได้รับสารเพศชายอย่างต่อเนื่องทำให้อายุขัยของกระเทยลดลงเหลือ 9.6 วัน สอดคล้องกับผลลัพธ์เหล่านี้ เราสังเกตอายุขัยเฉลี่ย 9.8 วันสำหรับประชากรผสมของ WT hermaphrodites ที่ผสมพันธุ์ ด้วยการเฝ้าสังเกตกระเทยแต่ละตัวและแยกความแตกต่างระหว่างการตายจากการตายในวัยชราและวัยชรา ทำให้เราเข้าใจปรากฏการณ์นี้มากขึ้น—อายุขัยที่ลดลงของประชากรเกิดจาก MH ประมาณ 70% ของสัตว์ทั้งหมด เมื่อเปรียบเทียบกระเทยที่มีระยะเวลาต่างกันของการสัมผัสตัวผู้ เราพบว่าระยะเวลาของการสัมผัสตัวผู้ไม่ได้ทำนายอุบัติการณ์หรือระยะเวลาของ MH นอกจากนี้ กระเทยที่มีความอุดมสมบูรณ์ในตัวเองซึ่งไม่เคยสัมผัสกับตัวผู้จะแสดง MH แม้ว่าจะมีความถี่ต่ำ ซึ่งบ่งชี้ว่าการเปิดรับผู้ชายไม่จำเป็นต้องทำให้เกิดการฟักไข่ภายใน การค้นพบนี้ไม่ได้ตัดความเป็นไปได้ที่การบาดเจ็บที่เกิดจากการสัมผัสของผู้ชายจะส่งผลต่อรูปแบบของ MH แต่ผลลัพธ์ของเราไม่ได้เปิดเผยหลักฐานที่ชัดเจนสำหรับความสัมพันธ์นี้ เราสรุปได้ว่าการผสมพันธุ์ของผู้ชายจะเพิ่มอัตราของ MH อันเป็นผลมาจากการถ่ายโอนสเปิร์มที่ทำให้เกิดการผลิตลูกหลานที่ขยายออกไป ซึ่งจะทำให้อายุขัยเฉลี่ยของประชากรที่ผสมพันธุ์ลดลง

การฟักไข่ไม่ได้เกิดจากความเสียหายที่ขึ้นอยู่กับการใช้งานต่อระบบการวางไข่

ตามแบบจำลองที่ขึ้นกับการใช้งานของ MH ไข่แต่ละฟองที่วางอยู่มีศักยภาพที่จะสร้างความเสียหายให้กับระบบการวางไข่ และการสะสมของความเสียหายนี้จะทำให้การทำงานลดลงตามอายุ แบบจำลองนี้คาดการณ์ว่าจำนวนไข่ที่วางไว้จะเป็นตัวทำนายขอบเขตความเสียหายต่อระบบการวางไข่และความถี่ของ MH เราสังเกตไม่พบความแตกต่างที่สอดคล้องกันระหว่างระดับของการวางไข่สำหรับสัตว์ที่แสดง MH และสัตว์ที่หลบหนี ซึ่งบ่งชี้ว่าความเสียหายที่เกี่ยวข้องกับการใช้งานอาจไม่ใช่สาเหตุของ MH นอกจากนี้, หมอก-2(q71) ตัวเมียที่ไม่มีลูกหลานในช่วง 2 หรือ 4 วันแรกของวัยผู้ใหญ่ยังคงแสดงรูปแบบเดียวกับ MH หมอก-2(q71) ตัวเมียที่ให้กำเนิดบุตรตั้งแต่วันแรก ผลลัพธ์เหล่านี้บ่งชี้ว่าการลดลงตามอายุของระบบการวางไข่ไม่เกี่ยวข้องกับจำนวนไข่ที่วางไข่ในช่วงต้นของระยะการสืบพันธุ์ แต่ดูเหมือนว่าจะถูกกำหนดโดยกลไกที่ไม่ขึ้นกับการผลิตลูกหลานในระยะเริ่มต้น การค้นพบนี้ไม่ได้ยกเว้นความเป็นไปได้ที่ความเสียหายที่เกิดจากการผลิตลูกหลานตอนปลายอาจส่งผลต่อ MH ก่อนหน้านี้เราแสดงให้เห็นแล้วว่าการลดลงตามอายุของระบบสืบพันธุ์ไม่ขึ้นกับจำนวนลูกหลานที่สร้างขึ้น (ฮิวจ์ส et al., 2550 ). การค้นพบนี้ร่วมกันบ่งชี้ว่ามีการเสื่อมลงตามอายุของระบบสืบพันธุ์ที่สร้างไข่ที่ปฏิสนธิและระบบการวางไข่ที่ฝากตัวอ่อนไว้ในสิ่งแวดล้อม แต่ไม่ว่ากรณีใด การลดลงของฟังก์ชันที่เกี่ยวข้องกับอายุจะไม่สัมพันธ์กับการใช้ระบบ ในช่วงต้นของระยะการเจริญพันธุ์

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 et al., 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 et al., 1998 ). Thus, these results do not establish whether these genes influence the age-related decline of the egg-laying system.

NS C. elegans egg-laying system has been genetically dissected based on mutations that cause egg retention in young adult animals (Trent et al., 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 et al., 1983 Weinshenker et al., 1995 Zhang et al., 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 et al., 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 et al., 1979 Kirkwood & Cremer, 1982 Johnigk & Ehlers, 1999 Luong et al., 1999 ). ใน 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 et al., 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 Caenorhabditis elegans และ Pristionchus pacificus

The effects of acetochlor on the mortality, growth and reproduction of two nematode species were assessed. The LC50 values for Caenorhabditis elegans และ 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.


ดูวิดีโอ: เฉลยขอสอบ สอวน ชวะ ป 60 ขอ 33: ปจจยในการเปดปากใบ (มิถุนายน 2022).