发育生物学模式生物.pdf

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1、2016/12/20主要内容发育生物学模式生物的概念发育生物学模式生物模式生物出现的背景ModelOrganisminDevelopmentalBiology模式生物的发展和演变模式生物的共同特征模式生物的选取典型的发育生物学模式生物发育生物学模式生物的概念丰富多彩的生物都是从共同的祖先演化而来的，所以对生命活动有重要功能的基因在进化上存在保守性，这些基因的结构和功能，在低等生物和高等生物中是相似的。可以利用比较容易研究的低等生物作为模型来研究其基因的结构和生物学功能，寻找和高等生物共有的发育规律和调控机制，这些被选作模型进行研究的低等生物被称为发育生物学

2、中的模式生物，简称发育模式生物。物种的进化关系12016/12/20双子叶植物的合子胚胎发育脊椎动物的胚胎发育单子叶植物的合子胚胎发育22016/12/20模式生物出现的背景模式生物的发展和演变基础问题可以在最简单和最容易获得的系统中寻找答案；在发育生物学研究的历史长河中，人们总是千方百计地寻20世纪初人们发现，如果把关注的焦点集中在相对简单的生找最理想的模式生物。物上则发育的现象难题可以得到部分解答。因为这些生物的在不同历史阶段，棘皮动物海胆、尾索动物海鞘、头索动细胞数量相对较少，分布相对单一，变化也较好观察；物文昌鱼、两栖动物蝾螈、爬行动物蜥蜴、鸟类动

3、物鸡和由于进化上的关系，利用位于生物复杂性阶梯较低等级位置哺乳类动物小鼠，都曾作为经典的模式生物，其研究成果上的物种来研究发育共通规律是可行的，尤其是当在有不同奠定了发育生物学的一些基本理论。发育特点的生物中发现共同形态形成和变化特征时，发育的现代发育生物学的研究主要集中在线虫、果蝇、斑马鱼、普遍原理也就得以建立。非洲爪蟾、鸡、小鼠和拟南芥等模式生物，其中线虫、果认识人体基因的功能无法直接用人体作为实验对象，所以在蝇、斑马鱼、小鼠、拟南芥的系列研究成果尤为显著，是目前人们竞相研究的热点。人类基因组研究中十分注重模式生物的研究。模式生物的共同特征模式生物的选

4、取理想的研究系统是科学发展的关键，在发育生物学研究中，1.有利于回答研究者关注的问题，能够代表模式生物显得尤其重要，许多划时代的重大发现和突破都与生物界的某一大类群；它们有关。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2.对人体和环境无害，容易获得并易于在实学问题。各种模式生物各具优点，其研究成果不仅揭示特定验室内饲养和繁殖；物种的特点，还有助于探索生物发育的普遍规律和机制。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3.世代短、子代多、遗传背景清楚；常更方便些。这些生物结构简单并且可以快速大量地生长，4.容易进行实验操作，特别是具有遗传

5、操作通常可以把遗传学和生物化学的研究方法结合起来。的手段和表型分析的方法。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。32016/12/20模式生物的选取典型的发育生物学模式生物噬菌体(如T4噬菌体)被证明是一个解决基因和信息传递本海胆（Seaurchin）是棘皮动物门下的一个纲，学名为“海胆纲”，是一种无脊椎质的理想体系；动物，生活在海洋浅水区，是地球上最长寿的海洋生物之一。海胆是生物科学史上最早被使用的模式生物，它的卵子和胚胎对早期发育生物学的发展有举足轻重的作用。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

6、首选系统；早在1875年就开始以海胆为材料研究受精过程中细胞核的作用。1891年，HansDriesch线虫和果蝇也提供了很好的遗传系统，用来解决那些在较（1876－1941年）在显微镜下把刚刚完成第低等的生物中不能有效解决的问题，如发育和行为；一次卵裂的海胆胚胎一分为二，结果发现，分开后的两个细胞各自形成了一个完整的幼最高等的模式生物小鼠，尽管它不如线虫和果蝇容易研究，虫。这一实验的意义在于证明胚胎具有调整但因为是哺乳动物，所以是了解人类生物学和人类疾病最发育的能力，为现代发育生物学奠定了第一块观念里程碑。后因其易于得到大量受精卵，好的模式系统。同步发育

7、，胚体透明，孵化速度快等特点成为了生物学研究的模经典式生物。典型的发育生物学模式生物卵裂球秀丽隐杆线虫（Caenorhabditiselegans，C.elegans）是一种无毒无害、可以独立生存的线虫。其个体小，成体仅1.5mm长，为雌雄同体（hermaphrodites），雄性个体仅占群体的0.2%，可自体受精或双性生殖；在20℃下平均生活史为4天，平均繁殖力为300-350个；但若与雄虫交配，可产生多达1400个以上的后代。囊胚卵裂腔42016/12/20典型的发育生物学模式生物C.elegans基本解剖构造包括一个口、咽、肠、性腺，及胶原蛋白角质层

8、（collagenouscuticle）。有雄性及雌雄同体（her