最原始的真核细胞----贾第虫的核型与倍性研究

Giardia is thought to be one of the earliest-branching eukaryotes on phylogenetic trees. It has lots of intriguing but puzzling features including the ploidy and karyotypes of the trophozoites. So far the ploidy of the Giardia is still unclear. Previous studies show the differences of the karyotypes can appear between the two nuclei, different cells or different strains, and the “aneuploid” is another puzzling phenomenon. Based on our modified techniques, this project is going to firstly analyze Giardia’s karyotype of different species, to see the common feature of Giardia’s karyotype, and how the karyotypes changing among Giardia. Then Fluorescence in Situ Hybridization will be used to analyze the ploidy of Giardia and the situation of “aneuploid”. Because of Giardia’s important evolutionary position, this project would expectedly contribute to our understanding of the ploidy origin and evolution and of mechanisms underlying genome stabilization in eukaryotes.

贾第虫被认为是目前已知的最原始的真核细胞。它具有一系列令人惊讶的原始特征，但同时也存在许多争议。其中，它究竟是几倍体就是一个长期悬而未决的问题。另外，其核型也很令人困惑，有研究表明竟然在它的双核之间、不同个体和不同株之间都存在核型上的差异，并出现“非整倍体”现象。在我们通过摸索已在贾第虫上成功改进了同步化、核型分析和荧光原位杂交等技术的前提下，本项目拟对几个不同种的贾第虫进行系统的核型分析比较研究，探讨其核型究竟具有怎样的特征，在不同的种株之间又有怎样的变化规律。更重要的是，本项目拟在其核型标本的基础上，选取多个单拷贝基因为探针对其染色体进行荧光原位杂交实验，以便很直观可靠地对贾第虫的倍性进行分析，旨在明确确定贾第虫的倍性，并揭示其在此基础上发生了怎样的非整倍体化。鉴于该生物极重要的进化地位，本研究势必会对认识理解真核生物倍性的起源进化和基因组的稳定性机制等重要生物学问题具有重要意义。

贾第虫被认为是目前已知的最原始的真核细胞。本项目的研究获得了以下重要成果：我们对贾第虫在无尾两栖类中的感染情况进行了调查，发现G. agilis在无尾两栖类的不同物种中、宿主成幼体之间的感染率差异较大且呈现出地域差异。在对贾第虫的两个核的核型进行了分析中，我们先对贾第虫(WB株)滋养体细胞成功地进行了同步化，富集得到了大量的处于分裂期的细胞，然后对这些细胞进行低渗、固定等处理，制备核型样本进行观察。通过大量的实验成功地获得了贾第虫的核型标本，取得很好的实验观察结果。大多数细胞的单个细胞核中的染色体数目在8-12之间，并且同一个细胞的两个核内染色体的数目不等。这提示贾第虫的染色体数目不稳定，有一个变化范围；双核之间的核型也存在差异。我们在且仅在人工饲养的仓鼠亚科啮齿动物体内发现了一种滋养体尺寸比其它种的贾第虫都更大并且拥有最低的长宽比的贾第虫，对其beta-giardin、 small subunit rRNA和elongation factors-α三个基因克隆测序后进行系统发生分析，我们确定了这是与所有六种已知贾第虫有显著区别的一新种贾第虫，并命名为仓鼠贾第虫（Giardia cricetidarum）。该新种的滋养体呈现圆胖的倒梨形，长约14微米（12-18微米），宽约10微米（8-12微米），能够在光学显微镜下与其它种的贾第虫明显的区分开来；其包囊呈现卵圆形，长约11微米（9-12微米），宽约10微米（8-10微米），与其它贾第虫的包囊在形态大小上难以区分。我们在贾第虫的分布调查过程中只在仓鼠亚科啮齿动物体内发现了该物种，对仓鼠近缘的啮齿动物的感染实验进一步证明了该物种专性地寄生于仓鼠亚科啮齿动物体内。结合寄生于不同范围的哺乳动物的其它贾第虫，它们可以共同构建出一个模型系统可用于研究贾第虫的宿主适应策略。