发育生物学模式生物
20世纪90年代以来,发育生物学的研究取得了突飞猛进的发展,发育
生物学已成为当今最活跃的生命科学研究领域之一。

在发育生物学形成和发展过程中,许多划时代的研究成果往往与一些模式生物相关。

利用模式生物开展发育机制的研究,具有便捷、高效、深入、系统和有利于成果的延展与应用等优势,常用模式生物的基本特征应成为现代生命科学必不可少的学习内容[1]。

1 发育生物学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。

由于进化的原因,细胞生命在发育的基本模式方面具有一定的同一性,人们往往利用位于生物复杂性阶梯较低级位置上的物种来研究发育的共同规律,以构建发育的普遍原理[2]。

例如人们通过对线虫的研究,揭示了细胞凋亡这种普遍生命现象的机理,使线虫这个身长不过 1mm,全身细胞屈指可数的小生命,成为经典的发育模式生物为科学工作者所追捧。

2 发育模式生物的共同特征处于进化阶梯不同位置的模式生物,在发育生物学研究中各有其优缺点,但都具备一些共同特征: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]。

3 主要发育模式生物的生物学特性与研究价值在发育生物学研究的历史长河中,人们总是千方百计地寻找最理想的模式生物。

在不同历史阶段,棘皮动物海胆、尾索动物海鞘、头索动物文昌鱼、两栖动物蝾螈、爬行动物蜥蜴、鸟类动物鸡和哺乳类动物小鼠,都曾作为经典的模式生物,其研究成果奠定了发育生物学的一些基本理论。

现代发育生物学的研究主要集中在线虫、果蝇、斑马鱼、非洲爪蟾、鸡、小鼠和拟南芥等模式生物,其中线虫、果蝇、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。

3. 1 华美广杆线虫(Caenorhabditis elegans) 华美广杆线虫(以下简称线虫),是一种长为1mm,
直径70m 的线形动物,自由生活在土壤中,以细菌为食,它与寄生于人类肠道内
的蛔虫、钩虫和蛲虫同属于线虫类。

作为发育模式生物,线虫的优点主要表现在:①生命周期短(一般为3~4天),胚胎发育速度快(在培养温度为25℃时,胚胎发育期为12小时),便于不间断跟踪观察每个细胞的演变。

②可用培养皿进行实验室内培养,便于遗传突变筛选,并可冷冻保存,常温下复苏后继续研究。

③个体小,只要把线虫浸泡到含有核酸的溶液中,就可以实现基因导入。

④体细胞数量少,通体透明,便于观察单个细胞的分裂和分化过程,并可观察发育过程的细胞凋亡现象。

线虫是目前唯一一个身体中的所有细胞能被逐个盘点并各归其类的多细胞生物。

它的幼虫含有556个体细胞和2个原始生殖细胞,成虫则根据性别不同具有不同的细胞数,若为雌雄同体含有959个体细胞和大约2000个生殖细胞,若为雄性个体,则含有1031个体细胞和大约1000个生殖细胞。

⑤雌雄同体和雄性个体两种生物型。

雌雄同体自体受精的结果可产生高度纯合的基因型,后代多为雌雄同体,仅有约0. 2%的雄性个体。

雄性个体可与雌雄同体个体
交配产生后代,从而增加基因重组和新等位基因引入的机会。

⑥基因组测序已在1998年完成,共包含19 099个编码蛋白的基因,成为第一个基因组被完全测序
的多细胞动物。

⑦能观察到种质颗粒的传递及生殖细胞的发生过程,即胚胎发育细胞分裂时, 种质颗粒不对称分配,经4次分裂后,种质颗粒全部分配到一个种系细胞P4内,P4就是生殖细胞的前体。

线虫诸多特有的生物学特性,为科学研
究敞开了方便之门,细胞凋亡现象及其机制最早是在线虫中揭示的[4]。

2002年生理学或医学奖授予了线虫生物学研究的开拓者西德尼布雷纳(Sydney Brenner)、约翰萨尔斯顿(John E Sulston)和线虫凋亡研究之父罗伯特霍维茨(H RobertHorvitz)。