Ny 3D anatomisk atlas av den afrikanska klödspaden ökar förståelsen för utvecklings- och metamorfosprocesser

16 juli 2024

Den här artikeln har granskats enligt Science X:s redaktionella process och policys. Redaktörerna har framhävt följande attribut samtidigt som de säkerställt innehållets trovärdighet:

• faktakontrollerad
• peer-reviewad publikation
• korrekturläst

av GigaScience

En 3D-anatomisk atlas över modellorganismen Xenopus laevis (den afrikanska klösgrodan) är nu tillgänglig för att hjälpa forskare att förstå embroydal utveckling och metamorfos - den fascinerande processen där en grodyngel förvandlas till en mogen groda.

Bristen på tillgänglighet av denna typ av data har starkt begränsat förmågan att bedöma och förstå dessa komplexa processer. För att öka tillgängligheten och interaktiviteten för forskare, vetenskapsutbildare och även 3D-utskriftsentusiaster, har dessa data konverterats till fritt tillgängliga inbäddbara digitala filer för 3D-visning med Sketchfab och som 3D-utskriftsfiler tillgängliga på Thingiverse. Detta arbete, tillsammans med all tillgänglig data, har publicerats i tidskriften GigaScience.

Den afrikanska klösgrodan (Xenopus laevis) har blivit en väl förstådd och mångsidig ryggradsdjur-modellorganism för studier inom utvecklingsbiologi och andra discipliner tack vare tillgången på olika typer av data, från grundläggande transplantationsexperiment för embryologins fält i början av nittonhundratalet till dagens experiment med högkvalitativ genomsekvenseringsteknologi.

Denna lättodlade groda är speciellt lämpad för studier av kroppens omstrukturering under de stora förändringar som sker när grodynglet förvandlas till en mogen groda, en process som kallas metamorfos. För att fortsätta att öka förståelsen för dessa processer, finns det ett stort behov av ytterligare en typ av data.

Dr Jakub Harnos från Masarykuniversitetet (Tjeckien), huvudforskare för studien, förklarar att 'det finns ett påtagligt gap i tillgängligheten av omfattande dataset som omfattar Xenopus senare stadium av utveckling'.

För att fylla denna lucka, tillhandahåller nu forskarteamet dessa saknade data. Författarna använde röntgenmikrotomografi, en 3D-imagingteknik, för att skapa en anatomisk atlas för att mer exakt beskriva de olika stadierna av X. laevis utveckling. Genom detaljerad analys av deras 3D-rekonstruktioner vid olika utvecklingsstadier kunde författarna peka ut de viktiga förändringarna som sker under de anatomiska transformationerna vid stadierna från grodyngel till grodlet till mogen vuxen.

Ett slående exempel på formförändringarna som kan följas i detalj med denna nya högupplösta data är justeringen av den utvecklande grodans ögonposition, och den exakta tidpunkten för denna förändring. Medan utvecklingen fortskrider minskar avståndet mellan ögonen gradvis.

'Denna anpassning stämmer väl överens med grodans livsstrategi, där den går från ett vattenlevande grodyngel med laterala ögon till en vuxen med ögonen på toppen av huvudet för en nedsänkt livsstil, påminnande om krokodildjur,' noterar författarna.

Grodans tarm genomgår också betydande ombyggnad under metamorfos. Under en 8-dagarsperiod förkortas tarmen med cirka 75 %, och slingmönstret ändras drastiskt. Denna process, som är svår att studera med andra metoder, kan följas i detalj med röntgenmikrotomografin som forskarna har producerat.

Andra anatomiska fakta som visas med hög rumslig och temporal upplösning genom den nya 3D-atlasen är skillnaderna mellan manliga och kvinnliga grodor (honorna blir överlag större) och den mycket subtila positioneringen av X. laevis tänder, som är dolda bakom maxillära bågen.

'Vår studie tillhandahåller alla röntgenmikrotomografidata öppet, vilket låter andra forskare undersöka både mjuka och hårda vävnader i oöverträffad detalj i denna nyckelvertebratmodell,' understryker Dr Harnos.

För att möjliggöra enkel åtkomst till utskriftsbara modeller för forskare, utbildare och 3D-utskriftssamhället, finns en samling av 40 ytrenderade 3D-modeller från Xenopus laevis anatomiska atlas tillgänglig på designplattformen Thingiverse. Inbäddbara digitala modeller kan också laddas ned från Sketchfab-webbplatsen och ses i forskningsartikeln.

Mer information: Jakub Harnos et al, Unveiling Vertebrate Development Dynamics in Frog Xenopus laevis using Micro-CT Imaging, GigaScience (2024). DOI: 10.1093/gigascience/giae037

Tidskriftsinformation: GigaScience

Tillhandahållet av GigaScience