研究发育生物学的模式生物

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1、第二章研究发育生物学的模式生物理想的研究系统是科学发展的关键。在发育生物学的形成和发展过程中，许多划时代的突破往往与一些模式物种相关。今天，当我们回顾精子和卵子的发现及精卵受精这一重大发育生物学问题的诠释时，就会想起19世纪后期一批欧洲胚胎学家用海胆(seaurchin)所进行的一系列观察；当我们津津乐道1995年度的诺贝尔奖获得者Ed，wardB．Lewis、ChristianeNusslein—Volhard和EricF．Wieschaus关于早期胚胎发育基因调控的重大发现时，无不羡慕他们继承了基因学说的创建者FhomlaSHuntMorgaln等的优良传统，选用果蝇这一绝好的模

2、式动物；当1997年和1998年全世界的人们惊叹克隆羊、克隆牛和克隆鼠的诞生及体细胞克隆技术日臻成熟时，发育生物学研究者所思索的则是20世纪六七十年代英国发育生物学家JohnGurdon．用非洲爪蟾这一有着王者之称的模式脊椎动物所进行的有关体细胞核移植的开创性研究工作。特别是20世纪90年代分子发育生物学兴起后，模式生物显得更为重要。本章将着重介绍现今仍广泛用于发育生物学研究的几种典型模式物种的生物学特性及其被用做研究模型的原由。第一节华美广杆线虫（Caenorhabditiselegans）一．华美广杆线虫的分类地位华美广杆线虫是一种长为1mm，自由生活于土壤中的小线虫，隶属于线形

3、动物门(Nemathelminthes)线虫纲(Nematoda)小杆线虫目(Rhab—ditida)广杆线虫属(Caenorhabditis)。就其与人类的关系来说，华美广杆线虫在现已记录的大约2万种(估计可能有4万～1000万种)线虫中，并不是最重要的线虫，所以在我国，即使是从事生命科学研究的学者对其还相当陌生。然而，线虫的确与人类生活密切相关。一提起寄生于人类肠道中的蛔虫、钩虫和蛲虫及寄生于人的淋巴系统内的丝虫曾经给人类带来的危害和痛苦，有谁会不为之惧怕呢?其实这些病原寄生虫都属于线虫一类。不同的是，华美广杆线虫不是寄生线虫，而是生活于土壤中、以细菌为食的一种自由线虫。二．作为

4、模式生物的优点近30年来的研究表明，华美广杆线虫的确是分子发育生物学及细胞生物学、分子生物学和神经生物学研究的极好模型。作为模式生物，华美广杆线虫的主要优点如下：①可在实验室用培养皿培养。由于以细菌为食，在实验室培养时，一般是先让琼脂培养皿长满细菌，再接种线虫。②生命周期短(一般为3.5d)，胚胎发育速度快。在培养温度为16度，胚胎发育期为18h；在培养温度为25度，胚胎发育期为12h。③存在雌雄同体(1lermaphrodite)和雄性两类不同生物型，主要是雌雄同体生物型，见图4—1(A)。在雌雄同体生物型中，每尾线虫既含有卵子又含有精子，精卵在体内受精，胚胎在生殖腺管内发育，幼虫

5、由阴门(vulva)产出。雌雄同体个体自体受精的结果可产生非常纯合的基因型。雌雄同体个体性别决定的染色体机制为X．X型。在偶然情况下，可产生大约O．2％的XO雄性个体。XO雄性个体可与雌雄同体个体交配产生后代，从而增加了基因重组和新等位基因引入的机会。④体细胞数量少，由于透明可见，易于追踪细胞分裂谱系。产出的幼虫含有556个体细胞和2个原始生殖细胞，见图4—1(B)，幼虫经4次蜕皮后变为成虫。若成虫为雌雄同体个体，则含有959个体细胞和大约2000个生殖细胞；若成虫为雄性个体，则含有1031．个体细胞和大约1000个生殖细胞。⑤能观察到生殖细胞的发生及种质颗粒的传递过程。胚胎发育的细

6、胞分裂为不对称分裂，种系(germ1ine)细胞中的种质颗粒(germlinegranule)或P颗粒。(Pgranule)在细胞分裂过程中仅分配到形成种系细胞的细胞质中。细胞谱系研究表明，受精卵(又称为P0种系细胞)的第一次卵裂产生AB创建者细胞和种系细胞P1，种系细胞P1再次分裂后形成创建者细胞EMS和种系细胞P2，P2进一步分裂后形成创建者细胞C和P3种系细胞，P3种系细胞再分后形成D创建者细胞和P4种系细胞。到幼虫产出时，AB细胞经分裂和进一步分化产生包括皮下细胞、神经细，胞、咽肌细胞、分泌腺细胞和1个体肌细胞在内的共389个细胞；EMS细胞经分裂为MS和E2个创建者细胞后，

7、MS细胞再经分裂和分化出包括体肌细胞、咽肌细胞、神经细胞和分泌腺细胞在内的80个细胞，E细胞则形成构成肠子的20个细胞；C细胞经分裂和分化出包括皮下细胞、体肌细胞和2个神经细胞在内的47个细胞；D细胞则形成20个体肌细胞；而此时种系细胞P4才开始分裂出2个生殖细胞Z2和Z3(图4—1)。三．基因组大小及其基因组成华美广杆线虫是继病毒、细菌和酿酒酵母之后基因组已经被完整测序了的第一个多细胞动物，其基因组由97兆碱基组成。在这97兆碱基中，，预计含有19099