发育生物学——发育生物学模式生物

发育生物学——发育生物学模式生物

发育生物学模式生物\n模式生物(Modelorganisms)常用的模式生物大肠杆菌（Escherichiacoli）--原核酵母（Saccharomycescerevisiae）线虫（Caenorhabditiselegans）果蝇（Drosophilamelanogaster）斑马鱼（Brachydaniorerio；zebrafish）非洲爪蟾（Xenopuslaevis）小鼠（Musmusculus）--哺乳大鼠（Rattusrattus）拟南芥(Arabidopsisthaliana)\n发育生物学常用的模式生物线虫（C.elegans）果蝇（Drosophila）斑马鱼（zebrafish）---可用于大规模遗传突变的研究非洲爪蟾（Xenopus）---转基因技术小鼠（Mouse）---基因敲除技术拟南芥(Arabidopsis)---植物的基因修饰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，还有助于动物发育的一些普遍规律和机制。\n模式动物的共同特征取材方便：常年产卵，随时可获得胚胎材料，饲养管理简单胚胎具有较强的可操作性：胚胎较大可进行遗传学研究\n模式生物的选择取材方便：繁殖容易，周期短，研究成本低遗传背景清楚，有遗传操作的手段表型分析容易有利于回答和解决研究者关注的问题\n模式生物大肠杆菌（Escherichiacoli）--原核\n模式生物酵母（Saccharomycescerevisiae）\n脊椎动物模式生物两栖类--非洲爪蟾（Xenopuslaevis）\n非洲爪蟾生活史动物极植物极囊胚原肠胚神经胚尾牙蝌蚪成体\nDevelopmentalstagesofXenopuslaevis\n非洲爪蟾(Amphibianmodel)优点：取卵方便。常年产卵，产卵量大。人工受精获得受精卵。卵子和胚胎个体大。易于操作。抗感染力强，易于组织移植；缺点：难以进行遗传学研究。生命周期长(幼体要生长1-2年才能达到性成熟)；异源四倍体，多数基因都存在4个copy,很难进行遗传突变实验。X.Tropicalis:新品种,世代周期短(约4个月)，二倍体品种，适于遗传学实验。其基因组测序接近完成。\n鱼类：斑马鱼(Brachydaniorerio;zebrafish)脊椎动物模式生物\n斑马鱼生活史成体体节原肠胚和下包受精后2天\n斑马鱼特点：1)世代周期短(受精后48h开始孵化为自由游动的幼体，成体约3个月)；体积小，易于饲养；2)体外受精和发育，胚胎透明，易观察；3)唯一可大规模遗传突变筛选的脊椎动物，其基因组测序接近完成。\n鸟类：鸡(Chick)脊椎动物模式生物\n鸡的生活史成体约5月卵囊胚层输卵管内发育卵裂\n鸡特点：1)胚胎发育与哺乳动物更为接近；2)胚胎体外发育，易于实验；研究体节、肢体发育机制的模型3)鸡的基因组测序已完成。\n哺乳动物：小鼠(Musmusculus;mouse)脊椎动物模式生物\n小鼠生活史受孕后20天出生\n小鼠的生活周期小鼠卵子的受精和卵裂均在母体输卵管中内进行。受精后5天植入到子宫壁。原肠化和器官形成约需7天时间，原肠化后胚胎开始扭转(turning)过程，胚胎沿着它的长轴扭转。经过这个过程，胚胎被胚外膜(羊膜和羊膜液)完全包围。小鼠幼体在受孕后19-20天出生,约6周后发育成体。\n人类小鼠人类和小鼠基因组的相似性\n小鼠优点：最重要的哺乳动物发育生物学研究模型，胚胎发育与人类比较接近，许多人类疾病的动物模型；世代周期约2个月。基因组测序已完成，遗传背景清楚。geneknockout;缺点：胚胎在母体内发育，胚胎个体很小，很难进行实验操作。\n果蝇（Drosophilamelanogaster）无脊椎动物模式生物成体黑腹果蝇头部的扫描电镜图\n果蝇(Insectmodel)合胞体囊胚层1龄(2次蜕皮)幼虫蛹变态\n果蝇(Insectmodel)特点：1)性成熟短，世代周期短(成体约12天)，个体小，繁殖容易，操作简便；产卵力强2)易于遗传操作：如诱变；因组测序已完成(Science,Mar.24,2000)。(120Mbencodes13,601proteins)，遗传突变品系已建立。\n线虫（Caenorhabditiselegans）无脊椎动物模式生物\n线虫生活史幼虫\n线虫生活史大部分为雌雄同体，自体受精方式产生后代;卵裂和胚胎形成后孵化为幼虫(受精后14h),幼虫经过4次蜕皮成为成体。在食物不足、温度过高或线虫过多等不利条件下，会进入持续幼虫阶段，可存活3个月，直到遇到适宜条件。\n线虫(Wormmodel)特点：1)易于养殖,成虫体长1mm，易冷冻保存；2)全身透明，细胞数目少，发育中的细胞谱系(celllineage)几乎固定，并且易于追踪。3)第一个完成基因组测序的多细胞动物(Science1998年，共包含19099个基因)。性成熟短,生命周期短(成体约2.5天)，培养简单，易于诱变；便于进行遗传突变筛选。\nDevelopingC.elegansshowingapoptosisatarrowheads.\nTheNobelPrizeinPhysiologyorMedicine2002"fortheirdiscoveriesconcerning'geneticregulationoforgandevelopmentandprogrammedcelldeath'"SydneyBrennerH.RobertHorvitzJohnE.Sulston1/3oftheprize1/3oftheprize1/3oftheprizeUnitedKingdomUSAUnitedKingdomTheMolecularSciencesInstituteBerkeley,CA,USAMassachusettsInstituteofTechnology(MIT)Cambridge,MA,USATheWellcomeTrustSangerInstituteCambridge,UnitedKingdomb.1927(inUnionofSouthAfrica)b.1947b.1942SydneyBrennerH.RobertHorvitzJohnE.Sulston\nRNAiinC.elegansshowinggenesilencing\nTheNobelPrizeinPhysiologyorMedicine2006"fortheirdiscoveryofRNAinterference-genesilencingbydouble-strandedRNA"SydneyBrennerH.RobertHorvitzJohnE.Sulston1/3oftheprize1/3oftheprize1/3oftheprizeUnitedKingdomUSAUnitedKingdomTheMolecularSciencesInstituteBerkeley,CA,USAMassachusettsInstituteofTechnology(MIT)Cambridge,MA,USATheWellcomeTrustSangerInstituteCambridge,UnitedKingdomb.1927(inUnionofSouthAfrica)b.1947b.1942AndrewZ.FireCraigC.Mello\n模式植物拟南芥(Arabidopsisthaliana)\n拟南芥特点植株小,生活周期短(6周),生长易于控制(温室中大批量培养),遗传变异技术成熟(化学物理诱变、转基因得到几千种突变株);第一个全基因组测定的植物(2000年)。25,000个编码基因,水稻的四分之一。\n思考题研究肥胖的发病机制，选哪一种模式动物？运用线虫进行研究有哪些优缺点？