【摘要】：水是地球上廣泛存在的物質(zhì),是生物體重要的組成成分,也是所有生命體賴以生存的重要條件。生物體具備感知內(nèi)外界環(huán)境中水含量及其變化的能力即水感受,感覺信號在神經(jīng)系統(tǒng)中進行分析與整合,使機體做出相應的生理與行為反應,以適應環(huán)境變化,維持生理活動的動態(tài)穩(wěn)定及生存。在生物體對水感受的研究中,秀麗隱桿線蟲(Caenorhabditis elegans)可以作為一個理想的模式生物。不論在野生還是人工培養(yǎng)環(huán)境中,線蟲都生存在含有水膜的介質(zhì)表面上,線蟲需要借助水的張力在介質(zhì)表面移動,水膜太厚會給線蟲運動帶來很大的阻礙,而水膜太薄會讓線蟲失水而亡,所以介質(zhì)表層的水含量對于線蟲至關重要。線蟲能夠感受多種刺激,具備完善的感覺器官和神經(jīng)系統(tǒng),這讓線蟲在面臨水刺激時能夠做出相應的反應。然而,目前線蟲水感受的分子機制和神經(jīng)回路還未研究清楚。本研究在我們發(fā)展的楔形圓柱體瓊脂模型和瓊脂糖四相板模型的基礎上進行優(yōu)化,設計了6%-2%瓊脂糖二相擴散模型和鈉離子均等四相模型,從而排除了鈉鹽離子及其他水溶性離子的干擾,只引入水含量這一個變量。通過優(yōu)化模型我們驗證了野生型線蟲的避水行為,對GPCR G蛋白 DAF-11 cGMP TAX-2/TAX-4信號通路的關鍵基因進行逐一驗證,并證實這一通路作用于帶纖毛的感覺神經(jīng)元中。在找尋參與線蟲水感受神經(jīng)元的過程中,采用空氣和水交替刺激模式對感覺神經(jīng)元進行鈣成像。發(fā)現(xiàn)在tax-4(ks28)突變型的背景下,用特異性啟動子在神經(jīng)元ASER中回復tax-4基因,能夠恢復ASER神經(jīng)元對水刺激的鈣信號,這說明ASER參與水感受。然而daf-11基因并不在ASER中表達,于是對其他在ASER神經(jīng)元中表達的受體型鳥苷酸環(huán)化酶進行基因篩選,綜合鈣成像結果發(fā)現(xiàn)gcy-22基因參與水感受。在gcy-22(tm2364)突變型背景下,用特異性啟動子在ASER神經(jīng)元中回復gcy-22基因能夠恢復鈣信號,這證明了GCY-22作用于ASER神經(jīng)元來介導避水行為。本實驗對線蟲水感受基因及神經(jīng)通路進行了初步研究,為探索完整的神經(jīng)回路提供了基礎。
[Abstract]:Water is a ubiquitous substance on earth, an important component of organisms, and an important condition for all living things to survive. Organisms have the ability to perceive water content and its changes in the internal and external environment, that is, water perception. Sensory signals are analyzed and integrated in the nervous system in order to make the body make corresponding physiological and behavioral responses to adapt to the changes in the environment. Maintain the dynamic stability and survival of physiological activities. In the study of water sensitivity of organisms, (Caenorhabditis elegans) can be used as an ideal model organism. Both in the wild and in the artificial culture environment, nematodes live on the surface of the medium containing water film, and the nematodes need to move on the medium surface with the help of the tension of water. The thick water film will cause great obstacles to the movement of nematodes. The water film is too thin to kill nematode, so the water content in the media surface is very important for nematodes. Nematodes can sense multiple stimuli, have perfect sensory organs and nervous system, which allows nematodes to respond to water stimuli. However, the molecular mechanisms and neural circuits of nematode water sensitivity have not been studied. Based on the wedge cylinder Agar model and agarose four-phase plate model developed by us, the 6-2% agarose two-phase diffusion model and the sodium ion equalization four-phase model were designed. Therefore, the interference of sodium salt ion and other water-soluble ions is eliminated, and only one variable, water content, is introduced. By optimizing the model, we verified the water repellent behavior of wild nematodes. The key genes of DAF-11 cGMP TAX-2/TAX-4 signaling pathway of GPCR G protein were verified one by one, and it was proved that this pathway acted on the sensory neurons with ciliates. In the process of finding water sensing neurons of nematode, calcium imaging of sensory neurons was performed by alternating air and water stimulation mode. It was found that under the background of tax-4 (ks28) mutation, the recovery of tax-4 gene in neuron ASER by specific promoter could restore the calcium signal of ASER neurons to water stimulation, which indicated that ASER was involved in water perception. However, the daf-11 gene was not expressed in ASER, so the other genes expressed in ASER neurons were screened. The results of calcium imaging showed that gcy-22 gene was involved in water perception. In the context of gcy-22 (tm2364) mutation, restoring gcy-22 gene to ASER neurons with specific promoters can restore calcium signal, which suggests that GCY-22 acts on ASER neurons to mediate water avoidance. In this study, the water sensing genes and neural pathways of nematodes were studied, which provided the basis for exploring the complete neural circuits.
【學位授予單位】：華中科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：Q42

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本文編號：2262347