模式生物家蚕研究进展

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1、模式生物家蚕研究现状李林生物技术2013级创新班222013331012032摘要：生物学研究的历程中，有一些特别的生物作为模式研究对象,对生物学相关领域研究的发展起着重大的作用。家蚕除了具有易于在实验室内饲养和繁殖，世代短，子代群体大，遗传背景清楚，便于进行实验操作，使用成本低，并且遗传资源丰富等模式生物的基本特征外，还拥有自己独特的优势。家蚕不仅是重要产业化生产的经济昆虫，而且是少数已完成基因组计划从框架图到精细图、重测序的代表物种。家蚕作为鳞翅目昆虫的典型代表和理想的生物学模型，对动物科学的发展起到了巨大的推动作用。本文综述了家蚕作为模式生物在人类疾病

2、、现代生物学以及药物研发中的应用。关键词：家蚕；模式生物；研究应用模式生物，作为实验模型以研究特定生物学现象，揭示某种具冇普遍规律的生命现象的动物、植物和微生物，从研究模式生物得到的结论，通常可适用于其他生物。目前一些物种被大家公认为是优良的模式生物，如线虫、果蝇、非洲爪蟾、蝶嫄、小鼠、斑马尙、噬菌体、大肠杆菌、酿酒酵母、海皿、拟南芥、水稻、烟草等。它们在人口与健康领域应用范围比较广。家蚕是鳞翅目蚕蛾科、以桑叶为饲料的完全变态昆虫。20世纪初，家蚕就成为著名的模式生物。2002年国际无脊椎动物协会将家蚕确定为鳞翅目模式昆虫。2009年家蚕基因组计划基本完成，

3、为家蚕模式生物的研究提供了关键的理论基础和技术平台。作为鳞翅口昆虫的典型代表和理想的生物学模型，家蚕不仅对动物科学的发展具有重要意义，还在人类疾病与医药研究中具有广泛应用前景。1.模式生物家蚕在人类疾病研究中的应用1・1•在糖尿病研究中的应用蚕和人同样具备调节血液中糖浓度即血糖值的功能。在蚕的饲料中添加葡萄糖或蔗糖，血糖值立即上升。含葡萄糖的饲料给蚕吃，蚕的血糖值就会上升。这样的血糖值上升的状态如果持续卜•去，蚕的生长发育将受到抑制。也就是说，高血糖状态不仅仅对人类，而11对蚕來说也影响健康。蚕的生长发育受阻程度，依赖于添食的葡萄糖浓度。蚕的这种牛长发育受阻

4、，一经添食人胰岛素就可以恢复。蚕体内存在和人胰岛素相似结构的激素Bombyxin(蚕素)。Bombyxin的受体和朕岛素结合，就对蚕的高血糖起到治疗作用。也就是说，在这一点上，蚕和人的分子机制是相同的。上述添食葡萄糖引起蚕的高血糖症状，用人的糖尿病药物二甲双弧(metformin)添食也可以得到改善。以葡萄糖和胰岛素为对照，用蚕模式进行未知物质对血糖值的影响的检测，发现某食品有降低血糖值的效果，但是生产它的原料却没冇效果，可能是加工过程屮产生了某种冇效物质或者是浓缩了某种有效物质的缘故。根据这个实验结果，Sckimizu等用蚕作糖床病模式动物,从农产品和食品

5、中寻找冇降低血糖作用的物质，以求改善糖乐病患者的饮食结构。对筛选到的有降低血糖作用的物质作进一步分离精制，再用哺乳动物模式证实了这些物质的有效性。用糖尿病蚕模式评价、筛选降血糖药物的方法已经中报H本专利。1.2在人类SPR缺损症研究中的应用YanMeng等提岀，用蚕的“黄体色致死突变”作为人的SPR(墨蝶吟还原酶)缺损症和帕金森氏病治疗方法的研究模式。已知SPR是作为酪氨酸氧化酶等辅酶使用的四氢生物蝶吟(BH4)的合成酶，SPR的缺损引起人类或哺乳动物生长和运动障碍。蚕幼虫正常体色是青口色，“黄体色致死突变”的2龄幼虫全身浓黄色，因不能摄食而致死。这种黄色色

6、素是黄嚓吟(2-氨基4,6-二疑基嚓吟)。这个突变发生的原因是墨蝶吟还原酶(SPR)基因结构异常引起SPR酶活性显著降低。给黄体色致死变界体经口添食四氢蝶吟BH4,2龄幼虫正常生长,有部分个体能达到成虫。同样，经口添食多巴胺(dopamine)，也照样正常生长。这些结果表明，“黄体色致死突变”蚕致死的原因是：BH4的不足使酪氨酸氧化酶活性降低，多巴胺的合成量就变低，家蚕不能进行摄食行为所必要的神经活动。已知多巴胺的分泌量降低也是人类帕金森氏病的原因。因为蚕的黄体色致死突变由BH4和多巴胺的添食而救活，今后可以把蚕作为研究人类SPR缺损症和帕金森氏病治疗方法的

7、模式动物。1.模式生物家蚕在现代生物学中的应用2.1•变态和再发生发育模式家蚕卵是胚胎发生、发冇形成幼虫的阶段，冇滞冇卵和井滞冇卵Z分。家蚕为卵越冬（滞育）昆虫，滞育卵在低温环境下可以维持3-6个月，有些甚至1-2年，这种特性使家蚕成为航天生物学研究的优势动物，口本、中国、前苏联等多个国家和国际组织已经在太空进行了多次重力、辐252射对家蚕胚胎发育、再生、牛殖等重要课题的研究。家蚕整个世代屮，只冇幼虫期从外界获取营养和水分，而冃只能从桑叶或饲料中获取，因而家蚕是昆虫营养生理和毒理研究理想的材料。家蚕幼虫期有4次左右的生长蜕皮，还冇幼虫化蛹过程和蚕蛹羽化过程的

8、变态脱皮，出于家蚕变态是完整的环境与神经内分泌和激素