Chromosome structure and behaviour in Bursaphelenchus xylophilus (Nematoda: Parasitaphelenchidae) germ cells and early embryo

Chromosome structure and behaviour in both meiosis of the germ cells and mitosis of the embryo from fertilisation to the two-cell stage in Bursaphelenchus xylophilus were examined by DAPI staining and three-dimensional reconstruction of serial-section images from confocal laser-scanning microscopy. By this method, each chromosome’s shape and behaviour were clearly visible in early embryogenesis from fertilisation through the formation and fusion of the male and female pronuclei to the first mitotic division. The male pronucleus was bigger than that of the female, although the oocyte is larger and richer in nutrients than the sperm. From the shape of the separating chromosomes at anaphase, the mitotic chromosomes appeared to be polycentric or holocentric rather than monocentric. Each chromosome was clearly distinguishable in the male and female germ cells, pronuclei of the one-cell stage embryo, and the early embryonic nuclei. The haploid number of chromosomes (N) was six (2n = 12), and all chromosomes appeared similar. The chromosome pair containing the ribosomal RNA-coding site was visualised by fluorescence in situ hybridisation. Unlike the sex determination system in Caenorhabditis elegans (XX in hermaphrodite and XO in male), the system for B. xylophilus may consist of an XX female and an XY male.

"C. elegans: modelo biológico do presente e do futuro"

Nos meados da década de 60, o Nobel da Medicina Sidney Brenner propôs a utilização do nemátode bacteriófago, do solo, Caenorhabditis elegans, também conhecido como C. elegans, para estudos de genética e desenvolvimento, dado possuir um conjunto de características que o tornavam o ideal para modelo biológico, nomeadamente a sua pequena dimensão (ca. de 1 mm), facilidade de observação, facilidade de cultivo e manutenção em laboratório, curto ciclo de vida com uma capacidade reprodutiva notável, presença de hermafroditas e machos (5%). O seu artigo seminal de 1974, “The genetics of C. elegans” abriu o caminho para a investigação nesta área. Hoje em dia, revistas como a Nature, Science, Genes and Development, etc… publicam frequentemente os resultados da investigação com recurso a este modelo. É de notar, no entanto, que os nemátodes têm sido utilizados há muito tempo como modelo de estudo, tais como van Beneden, em finais do século XIX, que observando células de Ascaris equorum, descobriu o fenómeno da meiose. O fenómeno da fertilização foi igualmente descoberto num nemátode. Desde a década de setenta até aos nossos dias, o C. elegans tem sido intensamente utilizado para estudos de anatomia interna e sua correlação com linhagens celulares e desenvolvimento. Assim, Sulston e Horvitz elucidaram a origem e desenvolvimento das 959 células somáticas que, de uma forma constante, se produzem nesta espécie (eutelia). Um dos primeiros sistemas a ser estudado foi o sistema nervoso, sendo este nemátode o primeiro animal de que se conhece perfeitamente a identidade de todos os neurónios, a sua linhagem e o circuito nervoso global. Para além de modelo de biologia do desenvolvimento, o C. elegans tem sido alvo de estudo do fenómeno do envelhecimento celular, tendo sido possível identificar os respectivos genes. Kennyon, nos anos 90, e mais recentemente Arantes e Oliveira, têm demonstrado ser possível “prolongar” a vida deste animal de 21 para mais de 180 dias, o que corresponde a 675 anos em vida humana, através de manipulações diversas, tais como agentes mutagénicos, ablação com raio laser, etc.. Também o mecanismo de morte celular programada ou “apoptose” tem sido estudado neste modelo. Em 2002, o Comité Nobel entendeu atribuir o prémio Nobel da Medicina a Brenner, Sulston e Horvitz “for their discoveries concerning genetic regulation of organ development and programmed cell death”. É interessante notar pela leitura de “The common thread”, de John Sulston, a importância decisiva da sequenciação do genoma de C. elegans, em 1998, para o avanço na sequenciação do genoma humano efectuada em 2000, e de cuja mega-equipa Sulston participou de forma decisiva. Finalmente, e como modelo pedagógico, o nemátode C. elegans constitui a escolha ideal para diversas disciplinas dos cursos de Biologia, tais como Biologia celular, Histologia, Biologia do Desenvolvimento, Genética, Etologia, etc….

Developmental biology and cytogenetics of B. xylophilus

The pine wood nematode Bursaphelenchus xylophilus reproduces bisexually: a haploid sperm fertilizes a haploid oocyte, and the two pronuclei rearrange, move together, fuse, and begin diploid development. Early embryonic events taking place in the B. xylophilus embryo are similar to those of Caenorhabditis elegans, although the anterior-posterior axis appeares to be determined oppositely to that observed for C. elegans. Thai is, in the B. xylophilus embryo, the male pronucleus emerges at the future anterior end, whereas the female pronucleus appeares laterally. To understand the evolution of nematode developmental systems, we cloned the full length of Bx-tbb-1 (beta tubulin) from B. xylophilus cDNA and attempted to apply reverse genetics analysis to B. xylophilus. Several lengths of double stranded RNA (dsRNA) for the Bx-tbb-1 gene were synthesized by in vitro transcription, and both B. xylophilus and C. elegans were soaked in dsRNA for RNAi. Both nematodes could suck up the dsRNA, and we could detect the abnormal phenotypes caused by Bx-tbb-1 dsRNA in C. elegans, but not in B. xylophilus. We suspect that systemic RNAi might be suppressed in B. xylophilus and are attempting to establish other methods for functionally analyzing B. xylophilus genes.