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  • 發布時間:2020-07-21 15:59 原文鏈接: 生命科學研究中常見模式生物簡介(二)

    2.3 斑馬魚的特殊優勢
    斑馬魚能夠成為模式生物,也有這它本身獨特的優勢。在生物學上,斑馬魚體外受精,胚胎在體外發育并且透明,易于觀察和操作,受精卵直徑約1mm,便于進行顯微注射和細胞移植。在技術上,斑馬魚可以像線蟲和果蠅一樣,進行細胞標記和細胞譜系跟蹤,也可以像爪蟾一樣進行胚胎的細胞移植。在基因水平,已經發展了轉基因技術、基因過量表達技術、隨即及靶基因定向誘變等(Sun Z H, 2006)。

    2.4 小鼠的獨特優勢
    小鼠是哺乳動物,與人的親緣關系比較近,這是小鼠作為醫學研究模式生物的首要優勢。同時小鼠在交配時形成陰栓,可以很好的判斷交配時間,對研究中判斷發育時間十分重要。在技術上,長期的實驗研究,培養了大批的實驗人員,建立了廣泛地實驗體系,如基因陷阱、化學誘變、基因定向突變等(Lin Z Y, 2006)。

    3 模式生物的主要研究領域
    3.1 擬南芥的主要研究領域
    3.1.1在發育生物學方面的研究
    在植物形態建成的研究中,擬南芥的主要成績表現在花發育的ABC模式上,A、B、C分別指的是控制不同花器官發育的三類基因(Bowmen J L, 1991)。這三類基因的表達產物大體按照它們各自決定的花器官位置,分布于相應的區域,當其中某個基因發生突變后,它所控制的區域則會發育出其他類型的花器官。同時在植物根、莖、葉、胚胎和種子的發育上,也進行了深入的研究。

    3.1.2在分子生物學方面的研究
    miRNA是擬南芥研究中近幾年最值得注意的熱點之一。成熟的miRNA是僅含有19-23個堿基的核苷酸,可以通過堿基配對與一些基因的mRNA結合,在一些酶的共同作用下破壞與之結合的mRNA或干擾mRNA的翻譯(Bartel D P. 2004)。在擬南芥中,參與加工miRNA初始轉錄本的除了SCL1和HYL1之外,還有一個必需蛋白SERRATE(SE)。在miRNA的生物合成過程中還有一個重要的蛋白HEN1(Park W, 2002)。這兩項研究為完整認識高等生物中的miRNA生物合成過程提供了有價值的信息。

    3.2 線蟲的主要研究領域
    3.2.1細胞生物學方面
    秀麗隱桿線蟲的一生中,12%的細胞通過細胞凋亡的形式而消失,其中的80%發生在胚胎的發育階段。現在通過突變個體的研究,已經證明凋亡基因通過遺傳組成一條線性的調控途徑以控制細胞凋亡(Horvitz H R. 2002)。通過構建這些基因之間的雙缺失突變體或進行轉基因分析,發現它們組成的遺傳調控途徑為:egl-1→ced-9→ced-4→ced-3,其中ced-9和ced-3的基因產物分別對應于哺乳動物的凋亡抑制因子Bcl-2和執行凋亡的一類酶——caspase。

    3.2.2 RNAi及其作用機制
    RNAi及其遺傳機制的發現是秀麗線蟲對當代生命科學發展的又一重大貢獻。RNAi的現象發現始于三十年前,當時人們發現反義RNA可以抑制內源性mRNA的翻譯(Fire A, 1998)。RNAi及miRNA的發現為疾病治療提供了潛在地新手段。

    3.3 果蠅的主要研究領域
    3.3.1在生物學方面的研究
    果蠅作為遺傳學研究的經典模式生物,早期主要用于闡明真核生物遺傳學的基本原理與概念。20世紀70年代以后,果蠅廣泛應用于發育生物學的研究,如胚胎發育(Nusslein-Volhard C, 1980)、各種器官的形成(Lengyel J A, 2002)、神經系統的發育和高級神經活動與行為機制等(Guo J Z, 2005)。

    3.3.2果蠅在人類疾病方面的研究
    在利用果蠅模型研究的人類疾病中,目前研究較多的是神經退行性疾病,包括帕金森病(Feany M S, 2000)、阿爾茲海默病(Ye Y H, 1999)、多聚谷胺酰胺病(Steffan J S, 2004)以及脆弱X綜合癥(Zhang Y Q, 2001)等。此外,果蠅還可作為腫瘤、心血管疾病、線粒體病等的研究模型。

    3.4 斑馬魚的主要研究領域
    3.4.1在生物學方面的研究
    生命周期涉及胚胎的發育、生長、生理和心理平衡的維持以及生殖細胞的產生、衰老、死亡,每個過程都非常復雜,即受基因調控,也受到外界因素影響。利用斑馬魚開展的胚胎發育研究主要包括母體啟動的因子對啟動胚胎發育的影響、體軸的形成機制、胚層的誘導與分化、胚胎中細胞的運動機制、神經系統的發育、器官的形成、左右不對稱發育、原始生殖細胞的起源和遷移等(Wilson S M, 2004)。

    3.4.2在人類疾病方面的應用
    斑馬魚屬于脊椎動物,其生長發育過程、組織系統結構與人有很高的相似性,兩者在基因和蛋白質的結構和功能上也變現出高度的保守性因此斑馬魚也是研究人類疾病發生機理的優良模式生物。現在已經鑒定出一些班瑪魚的突變體,其表形類屬于人類疾病。如sau突變體類似于人ALAS-2基因突變引起的先天性鐵粒幼紅細胞性貧血癥,yqu突變體與人的紅細胞卟啉癥類似,gridlock突變體類似于人類的先天性動脈血管收縮癥,等(Sun Z H, 2006)。

    3.5小鼠的主要研究領域
    小鼠作為哺乳動物中的唯一模式生物,在人的生理病理研究中擔負在重要角色。根據經典遺傳學,現在正在建立100多種的重組近交系(Cox R D, 2003),通過對這些近交系與親本近交系在生理生化表形以及基因型的連鎖比較,我們有望對一些復雜性狀的調控做深入的遺傳分析從而發現復雜疾病的發病機制。同時通過開展大規模的基因刪除研究,建立刪除基因小鼠品系,分析基因的功能,也是現在小鼠研究的熱點。


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