模式生物在科学研究中的重要作用

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1、模式生物在科学研究中的重要作用张梦姝（生命科学学院生物技术0901班学号2009044010128）摘要：当今，在生命科学及医学的发展中，模式生物发挥着重要作用。据统计刊登在《NatureScience》和《Cell》等重要杂志上的论文中，80%以上有关生命过程和机理的研究都是通过模式生物来进行的。世界上公认的用于生命科学研究的常见模式生物有果蝇、线虫、斑马鱼、小鼠、拟南芥等。由于篇幅有限，本文将以果蝇、线虫、斑马鱼这三种模式生物为例，详细介绍模式生物在科学研究中的重要作用。关键词：模式生物；科学研究；作用模式生物是科研工作者在无数次的探索中确定的，在生命科学的研

2、究中起着重要作用。模式生物作为研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鉴意义。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。生命科学研究中常见的模式生物有真菌中的酵母，原核生物中的大肠杆菌，低等无脊椎动物中的线虫，昆虫纲的果蝇，鱼纲的斑马鱼，哺乳纲的小鼠以及植物中的拟南芥。这7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做出了重大贡献。1模式生物的概念对某些生物的研究有利于帮助人们理解生命世界发育现象的共同规律和普遍原理，这些生物被称为发育生物学模式生物，简称发育模式生物。由

3、于进化的原因，细胞在发育的基本模式方面具有相当大的同一性，所以利用较低等的物种来研究发育的共同规律是可行的。尤其是在不同发育特点的生物中发现共同形态形成和变化的特征时，发育的普遍原理也就得以建立。基础问题可以在最简单和最容易获得的系统中得以回答，因此对这些生物的研究具有帮助我们理解生命世界一般规律的意义，所以称其为“模式生物”。2模式生物在科学研究中的共同优点①生理特征能够代表生物界的某一大类群。②实验材料容易获得，并易于在实验室内饲养、繁殖，研究维持费用低。③容易进行实验操作，特别是遗传学分析。3模式生物在科学研究中的应用在生命科学研究中选择哪一种模式生物取决于

4、所探索的生物学问题。研究分子生物学的基本问题，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

5、学和人类疾病最好的模式系统。3.1果蝇（Drosophilamelanoganster）节肢动物门昆虫纲双翅目果蝇科果蝇属，全称为黑腹果蝇，现在一般简称果蝇。果蝇作为模式生物已有90多年的历史，体型较小，身长3～4mm。近似种鉴定困难，主要特征是具有硕大的红色复眼。雌性体长2.5毫米,雄性较之还要小。雄性有深色后肢，可以此来与雌性作区别。近年来，果蝇仍然被广泛用作分子发育生物学研究的模型，其中对卵子中形成梯度、调节细胞分化并决定胚胎形成方式的成形因子的鉴定和位于卵子后极种质中为种系细胞导向的蛋白因子的发现，在1997和1998连续两年被《科学》杂志称为当年十大重要

6、突破性研究成就之一。因此，有人将果蝇称为遗传学研究领域的王牌，发育生物学研究领域的新贵。3.1.1果蝇作为模式生物的主要优点①个体小,生命周期短(一般12天)，易于大量培养和进行突变体的筛选。②胚胎发育速度快(前13次卵裂每次只间隔9分钟)，易于观察卵裂、早期胚胎发生、躯体模式形成和各器官结构的变化。③具有几十个易于诱变分析的遗传特征，具有各种大量的突变体。④只有4对染色体，组成简单，基因组测序已于2000年基本完成，其基因组大约编码13600个基因，在数量上比线虫还少。⑤幼虫体腔内的各对“成虫盘”相应发育为成虫不同器官结构，是研究细胞分化的绝佳材料。⑥相对高等动

7、物而言，果蝇在基因分子进化、细胞生长、代谢、分化、繁殖和器官发生等方面具有保守性，其研究成果对探讨其他生物的遗传发育规律具有重要的指导价值。3.1.2果蝇在生命科学研究中的应用果蝇作为遗传学研究的经典模式生物，用以阐明真核生物遗传学的基本原理与概念,包括性别决定的染色体结构基础、遗传连锁、染色体动力学与行为等。20世纪70年代以来，果蝇广泛应用于发育生物学研究，以了解一个相对简单的受精卵如何演变成复杂的生物体的，包括胚胎发育，各种成体器官的形成，如眼睛、翅膀、腿、脑、心脏等器官是如何发育而来。神经生物学研究方面，果蝇也是一个很好的模型，通过它研究神经系统的发育和高

8、级神经活动