Evidence for Karyogamy and Exchange of Genetic Material in the Binucleate Intestinal Parasite Giardia intestinalis

Science 319, 1530 (2008)

Speaker: Wei-Ting Chang (張瑋庭)                           Date: 2009.3.18

Commentator: Chih-Li Hsu, Ph.D. (胥直利 老師)  Place: Room 601

Abstract:

Giardia intestinalis (syn. lamblia, duodenalis)分佈遍及全世界，是人類腸道最常見的鞭毛蟲；因為狀似梨形、雙側核對稱，又稱梨形鞭毛蟲。主要是透過被病原污染的水、食物而感染，人跟人之間會經由糞-口路徑而傳播，進而造成下痢。被食入在人體內的Giardia其生命周期，主要有二個發展階段：一種是食入具感染的囊體（cyst）後，經由脫囊化（excystation）的方式由囊體變成為雙核的型態裂殖體（trophozoite），並具有四根鞭毛以及活動能力可吸附在人體腸道中。隨著腸到消化的運行則開始另一種發展階段，稱為入囊化（encystation），蟲體又會經由裂殖體（binucleate）變成為囊體（diplomonad）。然而，特別的是Giardia具有兩套獨立的染色體，且與其他真核生物相較之下其基因體與heterozygosity都很小，所以作者想藉由在encystation的轉換中能夠更加瞭解Giardia在雙核變成與四核的過程其基因是如何進行交換。作者利用轉染的episomes配合螢光原位雜合（FISH）試驗發現，細胞核在入囊化的過程中偶會出現三核以及四核的現象，進一步以穿透式電子顯微鏡(TEM)和螢光染色加以觀察，可發現到細胞核與細胞核之間具有核融合（karyogamy）的現象發生（圖一），並且核的移動與細胞骨架、軸絲分佈有關（圖二）。重要的是作者經由基因體比對後在入囊化的過程中發現5個與減數分裂（有性生殖）相關的特殊基因，這個重要的發現推測Giardia可能並非以往所認定只是單純的進行有絲分裂（無性生殖），在細胞進行轉換（例如：encystation）的過程中因為核融合的關係其染色體會有基因交換的現象發生，並且是透過類似減數分裂相關的基因所進行調控。

Reference:

1. M. A. Ramesh, S. B. Malik, J. M. Logsdon. A phylogenomic inventory of meiotic genes; evidence for sex in Giardia and an early eukaryotic origin of meiosis. Curr. Biol. 15, 185 (2005).

2. M. S. Sagolla, S. C. Dawson, J. J. Mancuso, W. Z. Cande. J. Three-dimensional analysis of mitosis and cytokinesis in the binucleate parasite Giardia intestinalis. Cell Sci. 119, 4889 (2006).

3. H. G. Morrison et al. Genomic Minimalism in the Early Diverging Intestinal Parasite Giardia lamblia. Science 317, 1921 (2007).

（圖一）

（圖二）