发育生物学研究领域中的模式生物——综述

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1、发育生物学研究领域中的模式生物——综述摘要：模式生物在生命科学研究中有重要的作用，不仅能回答最基本的生物学问题，对人类的疾病治疗也有借鉴意义。近年来随着分子生物学、发育生物学的发展及功能基因组计划的开展，模式生物的作用便显得越来越重要。目前公认的用于生命科学研究的常见模式生物有噬茵体、大肠杆茵、酵母、线虫、果蝇、斑马鱼、小鼠、拟南芥等。这8种常用模式生物对生命现象的揭密和人类疾病治疗的探索等都所做出了重大贡献。对其在生命科学研究中的历史轨迹、各自优势、技术手段、热点研究、发展前景等系统而又简要的了解，有助于具体而又生动地体察到模式生物在今天生命科学发展中的重

2、要地位和推动生命科学及医学进步的不可替代的巨大潜力。关键词：模式生物；发育生物学；分子生物学；功能基因组；引言：在生物学发展之初，人们发现如果把关注的焦点集中在相对简单的生物上则发育的现象难题可以得到部分解答。因为这些生物的细胞数量更少，分布相对单一，变化也较好观察。并且由于进化的原因，细胞生命在发育的基本模式方面具有相当大的同一性，所以利用较低等级的物种来研究发育的共通规律是具有一定的可行性。尤其是当我们在有不同发育特点的生物中发现共同的形态形成和变化特征时，就可以以此来建立发育的普遍原理，因此这种生物就显得尤为重要，我们称之为“模式生物”。模式生物作为研

3、究材料不仅能回答生命科学研究中最基本的生物学问题，对人类一些疾病的治疗也有借答意义。目前，在重要杂志上刊登的有关生命过程和机理的重大发现，大多都是通过模式生物来进行研究的，常见的模式生物有病毒中的噬菌体(Bacteriophage)，原核生物中的大肠杆菌(Escherichiacoli)，真菌中的酿酒酵母(Sacharomycescerevisiae)，低等无脊椎动物中的秀丽新小杆线虫(Caenorhabditiselegans)，昆虫纲的黑腹果(Drosophilamelanogaster)，鱼纲的斑马鱼(Daniorerio)，哺乳纲的小鼠(Musmus

4、culus)以及植物中的拟南芥(Arabidopsisthaliana)等。模式生物具有许多共同的特征，如形体相对较小，在实验室内易于培养和繁殖，世代周期短，形态结构相对比较简单，繁殖系数高（后代数量众多）等，而且通常情况下它的基因组会比较小。前两点是出于实验室空间考虑，而世代周期短是出于研究时间的考虑；形态结构的简单性能够减少特有生命现象的干扰，以便使人们更专注于生物遗传发育的基本规律。不同的模式生物由于其各自的遗传生长特点及其在进化过程中的地位，而又具有各自独特的特点。在生命科学研究中选择哪一种模式生物取决于所探索的生物学问题。研究分子生物学的基本问题，

5、用简单的单细胞生物或病毒通常更方便些。这些生物结构简单并且可以快速大量地生长，通常可以把遗传学和生物化学的研究方法结合起来。而其它问题，如有关发育的问题，通常只能用更复杂的模式生物来解决。例如，噬菌体(如T4噬菌体)被证明是一个解决基因和信息传递本质的理想体系；酵母具有高效的适合遗传分析的交配体系，所以酵母成为解释真核细胞本质的首选系统；线虫和果蝇也提供了很好的遗传系统，用来解决那些在较低等的生物中不能有效解决的问题，如发育和行为；最高等的模式生物小鼠，尽管它不如线虫和果蝇容易研究，但因为是哺乳动物，所以是了解人类生物学和人类疾病最好的模式系统。而在植物学研

6、究中比较常用的有，拟南芥、水稻、烟草等。1．病毒和原核模式生物分子生物学起源于噬菌体和细菌模式系统的实验。按照基因组复杂性和生活周期长短来分，最简单的生物就是病毒和原核生物的细菌，鉴于实验手段的限制，分子生物学的早期研究主要集中在对细菌和噬菌体的研究，解释了很多DNA功能的基本特征，包括基因表达的诱导、DNA复制、重组和修复等。1．1噬菌体噬菌体(Bacteriophage)是感染细菌、真菌、放线菌或螺旋体等微生物的细菌病毒的总称。模式生物中的噬菌体主要是指感染大肠杆菌的噬菌体(T噬菌体和入噬菌体)。噬菌体具有病毒的一些特性：个体微小。噬菌体基因组只有在侵入

7、细胞后才复制，所编码的基因才能表达，一旦离开了宿主细胞，噬菌体既不能生长，也不能复制。在感染过程中基因组也会发生重组。噬菌体提供了一个研究基本生命过程的最简单的系统。它们的基因组比较小，复制迅速，使得对要在噬菌体中获得多重突变体的遗传分析来说是可控制的。为了分离病毒复制的关键基因，在条件致死突变的基础上开发了许多筛选技术，例如：通过分离“温度敏感型噬菌体”使得其能在低温下生长，而不能在高温下生长。由于DNA复制、基因表达与重组的机制在各种生命体中高度保守，所以，即便是现在，在研究这些生物学的基本生命现象时，噬菌体仍然是可以采用的系统。噬菌体基因组(DNA或R

8、NA，前者更为常见)通常被一层由蛋白质亚基形成的二十