墨西哥城新分离 Caenorhabditis elegans VJV2 与当代及祖先 N2 谱系的生活史、抗逆性和转录组变异：菌株历史对实验结局的影响

《Ecology and Evolution》：Life-History, Stress-Resistance, and Transcriptomic Variation Among a Mexican Caenorhabditis elegans Isolate and Contemporary and Ancestral N2 Lineages

长期实验室传代（laboratory propagation）可能与模式生物的表型（phenotype）和转录（transcriptional）差异相关，但与近期分离株和早期实验室谱系（lineage）的比较仍有限。在此，研究人员将一株近期从墨西哥城分离的秀丽隐杆线虫（Caenorhabditis elegans）菌株（VJV2）与当代 N2 Bristol 菌株进行比较。为将实验室传代历史置于背景中，研究人员还纳入 N2 Ancestral 菌株，其为一株源自早期实验室原种的 1969 年冷冻保存谱系。表型分析（phenotypic assays）显示，在标准实验室条件下，VJV2 菌株表现出寿命（lifespan）和生育力（fertility）降低，但暴露于铜绿假单胞菌（Pseudomonas aeruginosa）后生存增加；而 Ancestral 菌株表现出更高的氧化应激耐受性（oxidative stress tolerance），但热耐受性（thermotolerance）降低。RNA 测序（RNA sequencing, RNA-seq）分析显示，VJV2 与 Ancestral 菌株的转录组（transcriptomic）谱彼此更相似，而与当代 N2 Bristol 菌株差异更大，提示表达差异与菌株历史和实验室传代相关。差异基因表达（differential gene expression, DEG）分析鉴定出涉及应激、免疫和胶原（collagen）相关基因的菌株特异性表达模式。在急性热应激（acute heat stress）下，仅有少量经典热休克基因（canonical heat shock genes）在三株中共同上调，而 VJV2、Ancestral 和当代 N2 Bristol 菌株表现出不同的菌株特异性表达模式。总之，这些发现提供了对具有不同实验室历史的三株 C. elegans 的比较表型和转录组特征，并强调在解释实验结局时菌株背景（strain background）的重要性。

研究人员围绕长期实验室传代是否与模式生物表型（phenotype）和转录组（transcriptome）差异相关这一问题，比较了三株具有不同实验室历史的秀丽隐杆线虫（Caenorhabditis elegans）：2023 年从 Caenorhabditis Genetics Center（CGC）获得的当代 N2 Bristol（N2 Lab）；源自 1969 年冷冻保存早期原种、估计距原种少于六代的 N2 Ancestral；以及 2023 年在墨西哥城腐烂果实中新分离的 VJV2（Mex）。N2 Bristol 自 1951 年分离后长期实验室传代，实验室适应、驯化和遗传漂变可能造成分歧；既有自然多样性研究多关注 N2 与野生分离株或实验室亚株，较少同时比较当代 N2、早期 N2 谱系和近期野生分离株。因此，研究人员开展生活史（life-history）、抗逆性（stress-resistance）和 RNA 测序（RNA sequencing, RNA-seq）转录组比较，以评估菌株背景对实验结局的影响。结论为：三株在寿命（lifespan）、生育力（fertility）、病原和氧化应激抗性、热耐受性（thermotolerance）和表达谱上不同；N2 Lab 转录组最独特，Mex 与 Ancestral 更相似；菌株历史与可测量差异相关。

关键技术方法概括：研究人员于墨西哥城花园腐果采样，分离自交虫群，以 ITS2 PCR、Sanger 测序及与 OH10689 回交确认 VJV2；N2 与 N2 Ancestral 均于 2023 年获自 CGC，VJV2 为 2023 年墨西哥城分离株。表型采用寿命、生育力、铜绿假单胞菌 PA14 生存、paraquat 氧化应激、35°C 热应激、RNA 干扰（RNA interference, RNAi）与趋化测定。转录组采用同步 day 1 成虫在 20°C 与 35°C 2 h 的 RNA-seq，Illumina NextSeq 500 paired-end 75 bp，比对 WBcel235，DESeq2 差异表达，WormCat 富集，定量 PCR（reverse transcription quantitative PCR, RT-qPCR）验证；数据存于 GEO GSE301219。

研究结果如下。2.1 Isolation and Characterization of a Wild Caenorhabditis elegans Isolate From Mexico City：通过腐烂果实采样、显微镜双球咽观察、ITS2 PCR 777 bp 产物和 Sanger 测序，以及与 OH10689 雄性回交获得荧光自繁后代，确认墨西哥菌株为 C. elegans，注册为 VJV2；Mex 在菌苔边缘聚集，表现社会取食，携带 npr-1^215F，而 N2 Lab 和 Ancestral 单独取食。结论是获得并表征了近期墨西哥分离株。

2.2 The Mexican Strain Exhibits Reduced Lifespan and Fertility Under Laboratory Conditions：通过寿命和生育力测定，N2 Lab 中位寿命为 12 天，Ancestral 为 13 天，Mex 为 10 天；总生育力 N2 Lab 为 281.6，Ancestral 为 264.1，Mex 为 203.6；第 2 天 Mex 生育力降低，第 3 天 Ancestral 和 Mex 低于 N2 Lab；RNAi 反应和趋化无重大差异。结论是 Mex 在标准实验室条件下寿命和生育力降低。

2.3 Strain-Specific Differences in Resistance to Biotic and Abiotic Stressors：通过 PA14 生存、paraquat 和 35°C 测定，Mex 对 PA14 的半数致死时间（median lethal time, LT₅₀）为 43 h，N2 Lab 和 Ancestral 均为 37 h；paraquat 下 Ancestral 最抗，LT₅₀ 为 7.8 h，N2 Lab 为 6.6 h，Mex 为 4.7 h；35°C 下 Mex 和 N2 Lab 的 LT₅₀ 均为 7.5 h，Ancestral 为 6.5 h。结论是各菌株胁迫抗性呈胁迫特异性。

2.4 Transcriptomic Profiles Reveal Greater Similarity Between N2 Ancestral and Mexican Strains：通过 RNA-seq 主成分分析（principal component analysis, PCA），PC1 解释 78% 变异，N2 Lab 分开，Mex 和 Ancestral 沿 PC2 解释 13% 变异；与 N2 Lab 相比共 3400 个差异表达基因（differentially expressed genes, DEGs），其中 55% 共享，包括 611 个下调和 1262 个上调；约 28% 表达转录本为 DEGs；hil-2 和 ttx-1 在 Mex 和 Ancestral 上调。结论是 Mex 与 Ancestral 转录组更相似。

2.5 Upregulated Genes Relate to Immune System and Pathogen Response：通过基因本体（Gene Ontology, GO）富集，Mex 特异上调基因富集于病原应激和溶菌酶，lys-7 上调，spl-2 下调；Ancestral 特异上调基因富集于蛋白酶体 E3、解毒、胶原和病原应激；共享上调基因富集于胶原、突触功能，elt-3 上调。结论是免疫和病原相关基线表达差异与表型相关。

2.6 Shared Mexican-Ancestral Downregulated Genes Associate With Chromatin Remodeling：共享下调基因富集于 DNA 修复、小 RNA、核酸结合和染色质修饰；Mex 特异下调 6 个染色质重塑基因，Y17G9B.8 在 Mex 上调而在 Ancestral 下调，其编码人 SGF29 直系同源物。结论是染色质相关基因存在菌株差异。

2.7 Baseline Expression Patterns of Heat- and Oxidative Stress-Related Genes Differ Across Strains：lipl-4 仅在 Mex 上调，但未对应寿命延长；生育相关 DEGs 在 Ancestral 和 Mex 相似。Ancestral 下调 endu-2、hsp-1、hsp-6、hsp-60，并在较低阈值下下调更多热休克基因；Mex 下调 ctl-1；Ancestral 上调 sod-3、pah-1、gst-4、gst-10、gpx-5。Mex 与 Ancestral 直接比较仅 6.8% DEGs 特异，富集于解毒和病原应激，major sperm protein 在 Mex 下调。结论是热和氧化应激相关基因基线表达差异与表型相符。

2.8 Gene Expression Patterns Under Acute Heat Stress Reveal Conserved and Strain-Specific Transcriptional Responses：35°C 2 h 后，N2 Lab、Ancestral、Mex 分别有 2486、2942、2944 个 DEGs；三株共享 0.91% 上调和 1.6% 下调，共享上调富集于热应激，hsp-16.2、hsp-16.41 和 hsp-70 强诱导；Ancestral 与 Mex 共享 23.92% 上调和 32.59% 下调，共享上调涉及 DNA 修复、转录和信号，共享下调涉及神经元功能、跨膜蛋白和蛋白酶体。N2 Lab 与 Ancestral 共享 18 个上调基因，其中 F44E5.5 和 hsp-12.6 与热应激直接相关；Mex 特异上调 hsf-1，并与 dnj-5、rme-8、hsp-110、daf-2、daf-18、skn-1 聚类，而 N2 Lab 诱导较少；RT-qPCR 支持 hsp-16.2 在 N2 Lab 强诱导，hsf-1、daf-18 和 hsp-6 降低，而 Ancestral 和 Mex 中四基因上调；N2 Lab 特异上调 swan-1、eya-1、jmjc-1 和 F08H9.3。结论是急性热应激存在保守核心反应和菌株特异转录模式。

讨论部分总结：研究人员指出，三株的表型差异是胁迫特异性的，并非统一优劣；Mex 寿命和生育力降低可能反映标准实验室条件对近期分离株较不利，但不应解释为自然环境中适应度降低。Mex 携带 npr-1^215F 并表现社会取食，但作者不将 PA14 生存增加归因于 npr-1 基因型。Ancestral 热耐受性降低可能与氧化应激反应和热应激反应之间的拮抗有关，且其 gst-4 基线表达最高，但作者强调这仍待直接验证。转录组上 N2 Lab 最独特，Mex 与 Ancestral 更相似；免疫、氧化应激、寿命、角质层、胶原和染色质相关基因存在差异。急性热应激下三株激活保守核心反应，Mex 与 Ancestral 共享更多热响应 DEGs。作者也指出局限：Mex 为单个近期分离样本，限制推广；需整合菌株特异基因组变异和转录数据，未来表观遗传分析包括染色质可及性和组蛋白修饰分析将重要。

研究结论翻译：然而，研究人员的发现促进了对 C. elegans 表型和转录组变异的更广泛表征，并强调菌株历史如何与实验结局中的可测量差异相关。