第2章 发育生物学中模式生物

1、第二章 发育生物学研究中的主要模式生物,什么叫模式生物（Model organism）,生物体由低等向高等、由简单向复杂的进化过程中，很多生物学现象是非常保守的。低等生物的生命现象及分子基础与高等生物相似。因此，便于试验研究生命现象的基本规律或研究人类健康问题的物种就称为模式生物。,各种模式动物各有优点，其研究成果不仅可以揭示特定物种的特点，还有助于揭示动物发育的一些普遍规律和机制。,模式生物应具备特点,其生理特征能够代表生物界的某一大类群; 容易获得并易于在实验室内饲养、繁殖； 容易进行实验操作，特别是遗传学分析。 长久以来在进化支流的港湾中休憩的小生命酵母、线虫、果蝇、海胆、斑马鱼、非洲爪

2、蟾、小鼠、拟南芥，获得了前所未有的青睐。,1、海胆,海胆（sea urchin）,是生物科学史上最早被使用的模式生物，它的卵子和胚胎对早期 发育生物学的发展有举足轻重的作用。 1875年， Oscer Hertiwig（1849-1922）就开始以海胆为材料研究受精过程中细胞核的作用。 1891年，Hans Driesh（18761941）在显 微镜下把刚刚完成第一次卵裂的海胆胚胎一分为二，结果发现，分开后的两个细胞各自形 成了一个完整幼虫。 1890年后，海胆更在受精和早期胚胎发育的研究中起了重要 作用。同种海胆精卵表面分子的特异性识别、精子顶体反应、卵皮质反应等现象的发现， 为受精生物学奠

3、定了最初的基础。,2、Caenorhabditis elegans: Worm model,主要优点1. 易于养殖：成虫 体长1mm，易冷 冻保存；2. 性成熟短：2.5-3 天，两种成虫；3. 细胞数量少，谱 系清楚；4. 易于诱变；5. 基因组序列已全部测出 (Science, Dec. 11, 1998)。(97MB encodes 19,099 proteins.),2002年的生理医学奖授予有关线虫发育的三位科学家：Brenner，Horvitz 和 Sulston,秀丽线虫早期胚胎的谱系和细胞命运,3. Drosophila melanogaster: Insect model,D

4、rosophila melanogaster: Insect model,主要优点1. 体积小（2mm），易于繁 殖；2. 产卵力强；3. 性成熟短；4. 易于遗传操作： 如诱变；5. 基因组序列已全 部测出 (Science, Mar. 24, 2000)。(120Mb encodes 13,601 proteins),摩尔根：孟德尔遗传学的伟大继承者，果蝇之父 1933年获得了诺贝尔生理或医学奖,1995年的诺贝尔生理医学奖获得者：E.Lewis，C.Nuesslein-Volhard 和 E.Wieschuas。,4、Xenopus laevis: Amphibian model,主要优

5、点： 1. 性成熟短； 2. 卵体积大，易于操作；3. 抗感染力强，易于组织移植；,非洲爪蟾胚胎的卵裂,丰年虫,5. Danio rerio (zebrafish),主要优点1. 体积小，易于饲 养殖；2. 产卵力强；3. 性成熟短；4. 易于遗传操作： 如诱变；5. 体外受精和发育， 易于观察；6. 基因组序列已全 部测出。,斑马鱼胚胎的早期卵裂过程,稀有鮈鲫,具有性成熟快、繁殖力强、产卵频次高、饲养方便等特点，同时稀有鮈鲫的优点还在于：是我国特有种，个体较斑马鱼稍大，实验操作容易，温度适应广，对化学品敏感且实验重复性更好。,6. Mus musculus (Mouse),小鼠（mouse）

6、生物学特性,体型小，性情温顺，易于饲养管理。 小鼠是哺乳动物中体型较小的动物，出生时体重.5g，体长20mm左右。成年体重3040g，体长110mm。 喜黑暗，昼伏夜动。 喜欢群居，雄性好斗。 胆小怕惊，对环境反应敏感，适应性差，汗腺不发达，怕热，高温容易中暑。,繁殖特性,发育迅速，性成熟早 小鼠出生后20日龄左右即可离乳，此时体重达14g（1016g）左右，稍加饲育即可用于实验及科研（1822g）。周龄性成熟。雌性3550d、雄性4560d便可交配繁殖。配种最好在6590日龄。 性周期短，繁殖力强 发情周期45d，妊娠期1921d，哺乳期2022d。每胎产仔815只，最多可达25只，年产69

7、胎。生育期为1年，寿命23年。,“硕鼠”,1982年，科学家培育出了第一只转基因小鼠。他们将携带有大鼠（rat）的生长激素基因和其调控区域（在锌离子存在下，能够启动生长激素基因的表达）的DNA片段注射到小鼠胚胎细胞中，得到了转基因小鼠。在喂食富含锌的食物后，这种小鼠的身体变得巨大。这种转基因技术掀起了将转基因小鼠做于遗传分析的浪潮。,肥鼠,50年代，美国的一个研究小组发现了一个肥胖的小鼠种系，它们非常能吃，长得很肥。直到将近50年后，其他的科学家才揭示出了它们如此肥胖的原因：这些小鼠体内缺乏一种名为leptin的激素，而该激素在体内专门负责控制动物食欲和体重。,荧光鼠,1998年，加拿大的一个

8、研究小组展示了一只能在荧光下变绿的小鼠。这种小鼠被做了遗传改造，携带了一个水母绿色荧光蛋白基因。荧光鼠已被用来研究胚的生长和细胞内蛋白的运动。,克隆鼠,世界上第一批克隆小鼠Cumulina 和它的妹妹们在1998年诞生了。一个国际性的研究小组，使用“制造”克隆羊Dolly 同样的技术，“制造”了这批和它们的妈妈遗传物质完全相同的小老鼠。最先出生的克隆鼠取名为Cumulina，因为它的DNA是从她母体的一个cumulus（卵丘，围绕卵细胞的卵泡细胞实体团块，位于发育中的囊状卵泡一侧）细胞中提取的。,克隆大鼠,长人耳的老鼠,1995年，Massachusetts 的研究者们让一只老鼠长上了人的耳朵

9、。他们在一个可生物降解的人耳形状的模子表面接种上人软骨组织细胞，然后将模子移植到裸鼠身上（裸鼠因为存在天然的免疫系统缺陷，而不会对模子产生免疫排斥反应）。人软骨组织细胞从小鼠的血液中得到营养，不断生长并填满模子，最终造出了一个“耳朵”。科学家们希望将来能够用这种技术设计出能够用于替换人的器官或组织。,人鼠混合体,能否将人和老鼠的细胞混合在一起，制造出一个“不可思议”的胚胎呢？ 尽管这还是一个颇受争议的设想，但如果人的干细胞在注射入小鼠的胚胎后能够在小鼠体内形成人的组织器官的话，倒是一件很有意义的事，这助于回答是否可以用人的胚胎干细胞来治疗疾病的问题。,小鼠发育的早期阶段,7. Gallus gallus (Chicken),鸟类的胚胎发育在形态的复杂性和发生的一般过程上与哺乳动物非常相似，尤其是鸡胚的后期发育与小鼠极为相似。 鸡胚比哺乳动物胚胎更易得到和观察。,8、模式植物-拟南芥,拟南芥Arabidopsis thaliana,拟南芥是一种十字花科植物，广泛用于植物遗传学、发育生物学和分子生物学的研究，已成为