模式生物在科學研究中的重要作用

1、綜述綜述模式生物在科學研究中的重要作用模式生物在科學研究中的重要作用摘要摘要：模式生物是科學研究的重要材料，理想的研究系統(tǒng)是科學研究的關鍵。目前常見的用于科學研究的模式生物有噬菌體、大腸桿菌、酵母菌、線蟲、果蠅、斑馬魚、小鼠、擬南芥等，它們對生命現(xiàn)象的揭秘和人類疾病治療的探索等都做出了巨大的貢獻。通過對它們的優(yōu)勢、發(fā)展前景等的了解，我們可以更深刻的了解到模式生物在如今的科學研究中的重要作用以及推動生命科學研究及醫(yī)學進步的不可替代的巨大潛

2、力。關鍵詞關鍵詞：模式生物；發(fā)育生物學；基因組。早在20世紀最初的20年中，甚至更早到19世紀，人們就發(fā)現(xiàn)，如果把關注的焦點集中在相對簡單的生物上則發(fā)育的現(xiàn)象難題可以得到部分解答。因為這些生物的細胞數(shù)量更少，基因組測序較簡單，分布相對單一，變化也較好觀察。由于進化的原因，細胞生命在發(fā)育的基本模式方面具有相當大的同一性，所以利用位于生物復雜性階梯較低級位置上的物種來研究發(fā)育共通規(guī)律是可能的。尤其是當在有不同發(fā)育特點的生物中發(fā)現(xiàn)共同形態(tài)形成

3、和變化特征時，發(fā)育的普遍原理也就得以建立。因為對這些生物的研究具有幫助我們理解生命世界一般規(guī)律的意義，所以它們被稱為“模式生物”。模式生物具有許多共同的特征，如形體相對較小，在實驗室內(nèi)易于培養(yǎng)和繁殖，世代周期短，形態(tài)結構相對比較簡單，繁殖系數(shù)高（后代數(shù)量眾多）等，而且通常情況下它的基因組會比較小。前兩點是出于實驗室空間考慮，而世代周期短是出于研究時間的考慮；形態(tài)結構的簡單性能夠減少特有生命現(xiàn)象的干擾，以便使人們更專注于生物遺傳發(fā)育的基本

4、規(guī)律。除了在遺傳學研究外，模式生物研究策略在發(fā)育生物學中獲得了非常廣泛的應用，一些物種被大家公認為優(yōu)良的模式生物，最常見的模式生物有：逆轉錄病毒（retrovirus），大腸桿菌（Escherichiacoli）酵母(buddingyeast(Sacomycescerevisiae)fissionyeast(Schizosacomycespombe))，華美廣桿線蟲（Caenhabditiselegans），果蠅（Drosophilam

5、elanogaster），斑馬魚(zebrafish)，小鼠（mouse）等。此外模式植物包括：擬南芥（Arabidopsis），水稻（Rice(yzasativaL.)）等。理想的研究系統(tǒng)是科學發(fā)展的關鍵，在發(fā)育生物學的形成和發(fā)展過程中，許多劃時代的突破往往與一些模式生物有關。以以下幾種模式生物為例：1.華美廣桿線蟲（Caenhabditiselegans）華美廣桿線蟲是一種長1mm的自由生活與土壤中的小線蟲，線蟲的確與人類的生活密切

6、相關，一提起寄生于人類腸道中的蛔蟲（arislumbricodes）、鉤蟲（Ancylostomaduodenale）及寄生于人的淋巴系統(tǒng)內(nèi)的絲蟲曾經(jīng)給人類帶來的危害和痛苦，有誰不為之懼怕呢研究發(fā)現(xiàn)，華美光廣桿線蟲更易進行科學研究和觀察，所以科學家決定將其作為線蟲的研究對象。大而不可替代的作用。3.斑馬魚斑馬魚（Daniorerio）屬鯉科短擔尼魚屬，原產(chǎn)于南亞，是一種常見的熱帶魚.斑馬魚體型小生存能力強，物種穩(wěn)定，成魚個體長約3～4c

7、m，雄魚個體修長，雌魚個體肥大，便于飼養(yǎng)和性別識別；體外受精，體外發(fā)育，斑馬魚胚胎透明，易于觀察；受精卵的直徑約1mm，易于進行顯微注射和細胞移植等操作；斑馬魚發(fā)育快、繁殖能力強、性成熟期短，斑馬魚受精后約40min，就完成了第一次有絲分裂，24h后，主要組織原基就基本形成，并且清晰可見，相當人類第28d的胚3個月可達到性成熟；雌魚每周可產(chǎn)300余枚卵，一周可產(chǎn)2次，可保證每天獲得成千上萬的胚胎。經(jīng)過30多年的研究應用和系統(tǒng)發(fā)展，已有約

8、20個斑馬魚品系，斑馬魚基因數(shù)據(jù)庫里有相關的資料可供查詢和下載，方便了研究。斑馬魚的細胞標記技術、組織移植技術、突變技術、單倍體育種技術、轉基因技術、基因活性抑制技術等已經(jīng)成熟，且有數(shù)以千計的斑馬魚胚胎突變體，是研究胚胎發(fā)育分子機制的優(yōu)良資源，有的還可做為人類疾病模型。斑馬魚已經(jīng)成為最受重視的脊椎動物發(fā)育生物學模式之一，在其它學科上的利用也顯示很大的潛力。在國際上，斑馬魚模式生物的使用正逐漸展和深入到生命體的多種系統(tǒng)（例如，神經(jīng)系統(tǒng)、免

9、疫系統(tǒng)、心血管系統(tǒng)、生殖系統(tǒng)等）的發(fā)育、功能和疾?。ɡ?，神經(jīng)退行性疾病、遺傳性心血管疾病、糖尿病等）的研究中，并已應用于小分子化合物的大規(guī)模新藥篩選。我國開展斑馬魚相關的研究無論在規(guī)模還是在重視程度上都遠遠落后于國際形勢發(fā)展的需要。推動和發(fā)展斑馬魚模式生物在我國生命科學研究中的廣泛使用是本中心的宗旨。在國家科技部重大科學研究計劃的支持下，我們匯集優(yōu)勢，整合我國現(xiàn)有的斑馬魚主要研究力量，在未來幾年內(nèi)逐步建立全國共享的斑馬魚模式動物研究技

10、術和資源庫，向國內(nèi)同行提供斑馬魚資源、信息和技術支撐。小結通過上面的介紹我們看到，模式生物已經(jīng)在現(xiàn)代生命科學基礎研究中具有舉足輕重的地位。尤其是在最近幾年，這些模式生物的基因組測序相繼完成，在這些基因組信息的基礎上，以這模式生物為研究對象的重大科學發(fā)現(xiàn)層出不窮.隨著人類全基因組測序工作的完成，對人的研究也已經(jīng)進入了“后基因組時代”，在后基因組時代，對這些處于生物演化不同階段的模式生物體的研究是認識人類基因結構與功能所不可缺少的；同時，要

11、想在整個基因組的規(guī)模上了解基因組和蛋白質組的功能意義，包括基因組的表達與調(diào)控、基因組的多樣化和進化規(guī)律以及基因及其產(chǎn)物在生物體生長、發(fā)育、分化、行為、老化和治病過程中的作用機制，都必須充分加強對不同種類模式生物的綜合研究以及發(fā)展新的模式生物.例如，線蟲的細胞分化譜系明確，為研究細胞與細胞間相互作用和特定細胞功能提供了很好的模型；果蠅的遺傳背景清楚，基因定位與表型效應的關系明確，各種遺傳分析方法也較成熟，是進行遺傳分析的最佳材料；斑馬魚通