《發(fā)育生物學(xué)》課件第二章 發(fā)育生物學(xué)中模式生物

1、第二章 發(fā)育生物學(xué)研究中的主要模式生物什么叫模式生物（Model organism）Technical difficultyComplexityDrosophilazebrafishmousehumanC. elegansyeast生物體由低等向高等、由簡單向復(fù)雜的進(jìn)化過程中，很多生物學(xué)現(xiàn)象是非常保守的。低等生物的生命現(xiàn)象及分子基礎(chǔ)與高等生物相似。因此，便于試驗(yàn)研究生命現(xiàn)象的基本規(guī)律或研究人類健康問題的物種就稱為模式生物。各種模式動物各有優(yōu)點(diǎn)，其研究成果不僅可以揭示特定物種的特點(diǎn)，還有助于揭示動物發(fā)育的一些普遍規(guī)律和機(jī)制。黃禹錫（，1952年12月15日），韓國著名生物科學(xué)家模式生物應(yīng)具備特點(diǎn)

2、其生理特征能夠代表生物界的某一大類群;容易獲得并易于在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)飼養(yǎng)、繁殖；容易進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，特別是遺傳學(xué)分析。 長久以來在進(jìn)化支流的港灣中休憩的小生命酵母、線蟲、果蠅、海膽、斑馬魚、非洲爪蟾、小鼠、擬南芥，獲得了前所未有的青睞。 1、海膽海膽是棘皮動物門分類下的其中一個綱，其正式學(xué)名是海膽綱（Echinoidea，意思是“像豪豬般的動物”），又名“海刺蝟”。海膽生活在海洋中，廣泛分布于世界各地的海洋。海膽（sea urchin）是生物科學(xué)史上最早被使用的模式生物，它的卵子和胚胎對早期 發(fā)育生物學(xué)的發(fā)展有舉足輕重的作用。1875年， Oscer Hertiwig（1849-1922）就開始以海膽

3、為材料研究受精過程中細(xì)胞核的作用。1891年，Hans Driesh（18761941）在顯 微鏡下把剛剛完成第一次卵裂的海膽胚胎一分為二，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，分開后的兩個細(xì)胞各自形 成了一個完整幼蟲。1890年后，海膽更在受精和早期胚胎發(fā)育的研究中起了重要 作用。同種海膽精卵表面分子的特異性識別、精子頂體反應(yīng)、卵皮質(zhì)反應(yīng)等現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)， 為受精生物學(xué)奠定了最初的基礎(chǔ)。 2、Caenorhabditis elegans: Worm model主要優(yōu)點(diǎn)1. 易于養(yǎng)殖：成蟲 體長1mm，易冷 凍保存；2. 性成熟短：2.5-3 天，兩種成蟲；3. 細(xì)胞數(shù)量少，譜 系清楚；4. 易于誘變；5. 基因組序列已全部

4、測出 (Science, Dec. 11, 1998)。(97MB encodes 19,099 proteins.)2002年的生理醫(yī)學(xué)獎授予有關(guān)線蟲發(fā)育的三位科學(xué)家：Brenner，Horvitz 和 Sulston秀麗線蟲早期胚胎的譜系和細(xì)胞命運(yùn)3. Drosophila melanogaster: Insect modelDrosophila melanogaster: Insect model主要優(yōu)點(diǎn)1. 體積小（2mm），易于繁 殖；2. 產(chǎn)卵力強(qiáng)；3. 性成熟短；4. 易于遺傳操作： 如誘變；5. 基因組序列已全 部測出 (Science, Mar. 24, 2000)。(120

5、Mb encodes 13,601 proteins)摩爾根：孟德爾遺傳學(xué)的偉大繼承者，果蠅之父 1933年獲得了諾貝爾生理或醫(yī)學(xué)獎1995年的諾貝爾生理醫(yī)學(xué)獎獲得者：E.Lewis，C.Nuesslein-Volhard 和 E.Wieschuas。4、Xenopus laevis: Amphibian model主要優(yōu)點(diǎn)：1. 性成熟短； 2. 卵體積大，易于操作；3. 抗感染力強(qiáng)，易于組織移植；非洲爪蟾胚胎的卵裂豐年蟲（鹵蟲）5. Danio rerio (zebrafish)主要優(yōu)點(diǎn)1. 體積小，易于飼 養(yǎng)殖；2. 產(chǎn)卵力強(qiáng)；3. 性成熟短；4. 易于遺傳操作： 如誘變；5. 體外受精

6、和發(fā)育， 易于觀察；6. 基因組序列已全 部測出。斑馬魚胚胎的早期卵裂過程稀有鮈鯽 具有性成熟快、繁殖力強(qiáng)、產(chǎn)卵頻次高、飼養(yǎng)方便等特點(diǎn)，同時稀有鮈鯽的優(yōu)點(diǎn)還在于：是我國特有種，個體較斑馬魚稍大，實(shí)驗(yàn)操作容易，溫度適應(yīng)廣，對化學(xué)品敏感且實(shí)驗(yàn)重復(fù)性更好。 6. Mus musculus (Mouse)小鼠（mouse）生物學(xué)特性體型小，性情溫順，易于飼養(yǎng)管理。小鼠是哺乳動物中體型較小的動物，出生時體重.5g，體長20mm左右。成年體重3040g，體長110mm。喜黑暗，晝伏夜動。喜歡群居，雄性好斗。膽小怕驚，對環(huán)境反應(yīng)敏感，適應(yīng)性差，汗腺不發(fā)達(dá)，怕熱，高溫容易中暑。繁殖特性發(fā)育迅速，性成熟早 小鼠

7、出生后20日齡左右即可離乳，此時體重達(dá)14g（1016g）左右，稍加飼育即可用于實(shí)驗(yàn)及科研（1822g）。周齡性成熟。雌性3550d、雄性4560d便可交配繁殖。配種最好在6590日齡。性周期短，繁殖力強(qiáng) 發(fā)情周期45d，妊娠期1921d，哺乳期2022d。每胎產(chǎn)仔815只，最多可達(dá)25只，年產(chǎn)69胎。生育期為1年，壽命23年?！按T鼠” 1982年，科學(xué)家培育出了第一只轉(zhuǎn)基因小鼠。他們將攜帶有大鼠（rat）的生長激素基因和其調(diào)控區(qū)域（在鋅離子存在下，能夠啟動生長激素基因的表達(dá)）的DNA片段注射到小鼠胚胎細(xì)胞中，得到了轉(zhuǎn)基因小鼠。在喂食富含鋅的食物后，這種小鼠的身體變得巨大。這種轉(zhuǎn)基因技術(shù)掀起了

8、將轉(zhuǎn)基因小鼠做于遺傳分析的浪潮。 肥鼠 50年代，美國的一個研究小組發(fā)現(xiàn)了一個肥胖的小鼠種系，它們非常能吃，長得很肥。直到將近50年后，其他的科學(xué)家才揭示出了它們?nèi)绱朔逝值脑颍哼@些小鼠體內(nèi)缺乏一種名為leptin的激素，而該激素在體內(nèi)專門負(fù)責(zé)控制動物食欲和體重。 熒光鼠 1998年，加拿大的一個研究小組展示了一只能在熒光下變綠的小鼠。這種小鼠被做了遺傳改造，攜帶了一個水母綠色熒光蛋白基因。熒光鼠已被用來研究胚的生長和細(xì)胞內(nèi)蛋白的運(yùn)動。 克隆鼠 世界上第一批克隆小鼠Cumulina 和它的妹妹們在1998年誕生了。一個國際性的研究小組，使用“制造”克隆羊Dolly 同樣的技術(shù)，“制造”了這批和

9、它們的媽媽遺傳物質(zhì)完全相同的小老鼠。最先出生的克隆鼠取名為Cumulina，因?yàn)樗腄NA是從她母體的一個cumulus（卵丘，圍繞卵細(xì)胞的卵泡細(xì)胞實(shí)體團(tuán)塊，位于發(fā)育中的囊狀卵泡一側(cè)）細(xì)胞中提取的。克隆大鼠長人耳的老鼠 1995年，Massachusetts 的研究者們讓一只老鼠長上了人的耳朵。他們在一個可生物降解的人耳形狀的模子表面接種上人軟骨組織細(xì)胞，然后將模子移植到裸鼠身上（裸鼠因?yàn)榇嬖谔烊坏拿庖呦到y(tǒng)缺陷，而不會對模子產(chǎn)生免疫排斥反應(yīng)）。人軟骨組織細(xì)胞從小鼠的血液中得到營養(yǎng)，不斷生長并填滿模子，最終造出了一個“耳朵”?？茖W(xué)家們希望將來能夠用這種技術(shù)設(shè)計(jì)出能夠用于替換人的器官或組織。 人鼠混合體 能否將人和老鼠的細(xì)胞混合在一起，制造出一個“不可思議”的胚胎呢？ 盡管這還是一個頗受爭議的設(shè)想，但如果人的干細(xì)胞在注射入小鼠的胚胎后能夠在小鼠體內(nèi)形成人的組織器官的話，倒是一件很有意義的事，這助于回答是否可以用人的胚胎干細(xì)胞來治療疾病的問題。 小鼠發(fā)育的早期階段7. Gallus gallus (Chicken)8、模式植物-擬南芥擬南芥Arabidopsis thaliana擬南芥是一種十字花科植物，廣泛用于植物遺傳