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实验室常用的模式生物

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发表于 2019-8-30 14:19:33 | 显示全部楼层 |阅读模式
模式生物

除了之前介绍过的秀丽隐杆线虫,还有一些经常被用作研究的模式生物。生物学家通过对选定的生物物种进行科学研究,用于揭示某种具有普遍规律的生命现象,这种被选定的生物物种就是模式生物。如:大肠杆菌、酵母、线虫、果蝇、斑马鱼、小鼠、拟南芥等。

随着生命科学研究的发展,还会有新的物种被人们用来作为模式生物。但它们会有一些基本共同点:
    有利于回答研究者关注的问题,能够代表生物界的某一大类群;对人体和环境无害,容易获得并易于在实验室内饲养和繁殖;世代短、子代多、遗传背景清楚;容易进行实验操作,特别是具有遗传操作的手段和表型分析的方法。

常见的模式生物

黑腹果蝇(Drosophila melanogaster)
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果蝇(图片来源网络)



黑腹果蝇和人类一样分布于全世界,并且在人类的居室内过冬。喜好腐烂的水果以及发酵的果汁。果蝇非常适用于研究,是被人类研究得最彻底的生物之一。在一个瓶子里就可以培育大量的果蝇,繁殖速度快。“用半瓶牛奶和一只开始腐烂的香蕉就够了,14天就可以得到200只果蝇”马田?布克斯在他2002年出版的书Drosophila里写道。

黑腹果蝇在20世纪前半叶成为动物学家和遗传学家汤玛斯?亨特?摩尔根及其学派实验研究对象。它只有四对染色体。一对性染色体(X/Y染色体)和三对常染色体。在幼虫成长阶段,染色体大量复制,但不分裂,形成多线染色体,在显微镜下观察明显。通过对染色体的研究,可以容易地确定变异基因的位置。在2000年,研究者对其13600个基因测序完成。部分基因与人类的基因有惊人的相似。
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果蝇体内被荧光染色过的多线染色体(图片来源《Biotechnology》)



科学家用果蝇进行了无数次杂交, 其中包括确定了基因里面的基因连锁群,科学家也因此发现了联会现象,并且对某些变异进行了描述和研究。在实验室里,科学家让果蝇产生了无数种变异。通过系统筛选,科学家通常选择其基因组里面大概13400基因进行诱导,使果蝇变异。过程通常是用有明显表现型的纯合子杂交,得到下一代F1和F2,就可对其进行研究了。

在基因研究方面,果蝇是最常见的研究对象。果蝇的优势在于它14天就可以繁殖一代,并且只有四对染色体,同时可以显示很多变异。

斑马鱼(zebrafish)

斑马鱼身体延长而略呈纺锤形,头小而稍尖,吻较短,全身布满多条深蓝色纵纹似斑马。在水族箱内成群游动时犹如奔驰于非洲草原的斑马群,故此得斑马鱼之美称。斑马鱼很好养,斑马鱼对水温的变化有较强的抵抗力,水温不低于20℃即能生活,对水质的要求不高。
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斑马鱼(图片来源网络)



斑马鱼由于个体小,养殖花费少,能大规模繁育,且具许多优点,吸引了众多研究者的注意。斑马鱼的胚胎是透明的,所以很容易观察到体内器官的变化,可用于药物实验。孵出后约4个月达到性成熟,成熟鱼每隔几天可产卵一次,一次可产卵200枚,胚胎在24小时内就可发育成形,这使得生物学家可以在同一代鱼身上进行不同的实验。斑马鱼已经成为最受重视的脊椎动物发育生物学模式之一,在其它学科上的利用也显示很大的潜力。
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斑马鱼的卵是透明的(图片来源网络)



斑马鱼和人类基因有着87%的高度同源性,作为模式生物的优势很突出,这意味着其实验结果大多数情况下适用于人体。斑马鱼具有繁殖能力强、体外受精、体外发育、胚胎发育同步且速度快,胚胎透明、性成熟周期短、个体小易养殖等诸多特点,特别是可以进行大规模的正向基因饱和突变与筛选,这些特点使其成为功能基因组时代生命科学研究中重要的模式脊椎动物之一。

小家鼠(Mus musculus)

小家鼠为鼠科中的小型鼠,分布很广,遍及全国各地。小家鼠适应性强、行动敏捷,种群数量大,破坏性较强,主要活动于居民住宅区的室内及室周环境,是最常见的家栖鼠种之一。
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小家鼠(图片来源网络)



小家鼠的基因和人类的是最接近的。老鼠DNA大约有2600Mb,基因分布在20条不同的染色体上。只有不到1%的老鼠基因和人类基因不相配。老鼠基因特别容易操作,既可以进行对基因灭活,得到基因敲除小鼠,也可以嵌入可表达的外源基因,得到转基因小鼠。

小家鼠不但是世界上使用量最大的实验小鼠的祖先,也是人兽共患病的主要动物传染源和动物宿主之一。小家鼠在遗传特征上与人类存在部分相似性,生长繁殖快,培育容易,培育成本低,在医学科学研究中,小家鼠常作为人类疾病的模型而广泛被使用。1902年,小鼠首次被作为遗传变异相关研究的研究对象,由此小家鼠正式进入实验室。近交系小鼠具有基因型和遗传特征一致、个体间差异小和反应性一致等优点,它已成为现代医学科学研究的理想实验材料之一。


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