发育生物学-发育生物学模式生物.ppt

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1、发育生物学模式生物发育生物学模式生物模式生物模式生物 (Model organisms)常用的模式生物常用的模式生物大肠杆菌（大肠杆菌（大肠杆菌（大肠杆菌（Escherichia coliEscherichia coli ）-原核原核原核原核酵母（酵母（酵母（酵母（Saccharomyces cerevisiaeSaccharomyces cerevisiae ）线虫（线虫（线虫（线虫（Caenorhabditis elegansCaenorhabditis elegans ）果蝇（果蝇（果蝇（果蝇（Drosophila melanogaster Drosophila melanogaster

2、）斑马鱼（斑马鱼（斑马鱼（斑马鱼（Brachydanio rerioBrachydanio rerio；zebrafishzebrafish）非洲爪蟾（非洲爪蟾（非洲爪蟾（非洲爪蟾（Xenopus laevisXenopus laevis）小鼠（小鼠（小鼠（小鼠（Mus musculusMus musculus）-哺乳哺乳哺乳哺乳大鼠（大鼠（大鼠（大鼠（Rattus rattusRattus rattus）拟南芥拟南芥拟南芥拟南芥 (Arabidopsis thaliana)(Arabidopsis thaliana)发育生物学常用的模式生物发育生物学常用的模式生物线虫（线虫（线虫（线虫（C.

3、C.eleganselegans ）果蝇（果蝇（果蝇（果蝇（Drosophila Drosophila）斑马鱼（斑马鱼（斑马鱼（斑马鱼（zebrafishzebrafish）-可用于大规模遗传突变的研究可用于大规模遗传突变的研究可用于大规模遗传突变的研究可用于大规模遗传突变的研究非洲爪蟾（非洲爪蟾（非洲爪蟾（非洲爪蟾（Xenopus Xenopus）-转基因技术转基因技术转基因技术转基因技术小鼠（小鼠（小鼠（小鼠（MouseMouse）-基因敲除技术基因敲除技术基因敲除技术基因敲除技术拟南芥拟南芥拟南芥拟南芥(ArabidopsisArabidopsis)-植物的基因修饰植物的基因修饰植物的基

4、因修饰植物的基因修饰各种模式动物各有优点，其研究成果不仅可以揭示特定物种的各种模式动物各有优点，其研究成果不仅可以揭示特定物种的特点，还有助于动物发育的一些普遍规律和机制。特点，还有助于动物发育的一些普遍规律和机制。模式动物的共同特征模式动物的共同特征 取材方便取材方便：常年产卵，随时可获得胚：常年产卵，随时可获得胚胎材料，饲养管理简单胎材料，饲养管理简单 胚胎具有较强的可操作性：胚胎具有较强的可操作性：胚胎较大胚胎较大 可进行遗传学研究可进行遗传学研究模式生物的选择模式生物的选择 取材方便取材方便：繁殖容易，周期短，研究：繁殖容易，周期短，研究 成本低成本低 遗传背景清楚遗传背景清楚，有遗传

5、操作的手段，有遗传操作的手段 表型分析表型分析容易容易 有利于回答和解决研究者关注的问题有利于回答和解决研究者关注的问题模式生物模式生物 大肠杆菌（大肠杆菌（Escherichia coli）-原核原核模式生物模式生物 酵母（酵母（Saccharomyces cerevisiae）脊椎动物模式生物脊椎动物模式生物 两栖类两栖类-非洲爪蟾非洲爪蟾（Xenopus laevis）非洲爪蟾生活史非洲爪蟾生活史动物极动物极植物极植物极囊胚囊胚原肠胚原肠胚神经胚神经胚尾牙尾牙蝌蚪蝌蚪成体成体Developmental stages of Xenopus laevis非洲爪蟾非洲爪蟾(Amphibian

6、model)优点：优点：取卵方便。常年产卵，产卵量大。人工受精获得取卵方便。常年产卵，产卵量大。人工受精获得受精卵。卵子和胚胎个体大。易于操作受精卵。卵子和胚胎个体大。易于操作。抗感染力强，抗感染力强，易于组织移植；易于组织移植；缺点：缺点：难以进行遗传学研究。生命周期长难以进行遗传学研究。生命周期长 (幼体要生长幼体要生长1-21-2年才能达到性成熟年才能达到性成熟)；异源四倍体，多数基因都存在；异源四倍体，多数基因都存在4 4个个copy,copy,很难进行遗传突变实验很难进行遗传突变实验。X.TropicalisX.Tropicalis :新品种新品种,世代周期短世代周期短 (约约4 4

7、个月个月)，二，二倍体品种，适于遗传学实验。其基因组测序接近完成。倍体品种，适于遗传学实验。其基因组测序接近完成。鱼类：斑马鱼鱼类：斑马鱼鱼类：斑马鱼鱼类：斑马鱼 (Brachydanio rerio;zebrafishBrachydanio rerio;zebrafish)脊椎动物模式生物脊椎动物模式生物斑马鱼生活史斑马鱼生活史成体成体体节体节原肠胚原肠胚 和下包和下包受精后受精后2天天斑马鱼斑马鱼 特点：特点：1)1)世代周期短世代周期短 (受精后受精后48h48h开始孵化为自由游动的开始孵化为自由游动的幼体，成体约幼体，成体约3 3个月个月)；体积小，易于饲养；体积小，易于饲养；2)2)

8、体外受精和发育，胚胎透明，易观察；体外受精和发育，胚胎透明，易观察；3)3)唯一可唯一可大规模遗传突变筛选的脊椎动物大规模遗传突变筛选的脊椎动物，其基因，其基因组测序接近完成。组测序接近完成。鸟类：鸡鸟类：鸡鸟类：鸡鸟类：鸡 (ChickChick)脊椎动物模式生物脊椎动物模式生物鸡的生活史鸡的生活史成体成体约约5月月卵卵囊胚层囊胚层输卵管内发育输卵管内发育卵裂卵裂鸡鸡特点：特点：1)1)胚胎发育与哺乳动物更为接近；胚胎发育与哺乳动物更为接近；2)2)胚胎体外发育，易于实验；研究胚胎体外发育，易于实验；研究体节、体节、肢体肢体发育机制的模型发育机制的模型 3)3)鸡的基因组测序已完成。鸡的基因

9、组测序已完成。哺乳动物：小鼠哺乳动物：小鼠哺乳动物：小鼠哺乳动物：小鼠 (Mus musculus;mouseMus musculus;mouse)脊椎动物模式生物脊椎动物模式生物小鼠生活史小鼠生活史受孕后受孕后20天出生天出生小鼠的生活周期小鼠的生活周期 小鼠卵子的小鼠卵子的受精和卵裂受精和卵裂均在母体均在母体输卵管输卵管中内进行。受中内进行。受精后精后5 5天植入到子宫壁。天植入到子宫壁。原肠化和器官形成原肠化和器官形成约需约需7 7天时间，原肠化后胚胎开始天时间，原肠化后胚胎开始扭扭转转 (turning)(turning)过程，胚胎沿着它的长轴扭转。经过这个过程，胚胎沿着它的长轴扭转。

10、经过这个过程，胚胎被胚外膜过程，胚胎被胚外膜(羊膜和羊膜液羊膜和羊膜液)完全包围。完全包围。小鼠幼体在受孕后小鼠幼体在受孕后19-2019-20天出生天出生,约约6 6周后发育成体周后发育成体。人类人类人类人类小鼠小鼠小鼠小鼠人类和小鼠基因组的相似性人类和小鼠基因组的相似性小鼠小鼠优点优点：最重要的哺乳动物发育生物学研究模型，最重要的哺乳动物发育生物学研究模型，胚胎发育与人类比较接近，许多人类疾病的动物胚胎发育与人类比较接近，许多人类疾病的动物模型；世代周期约模型；世代周期约2 2个月。基因组测序已完成，遗个月。基因组测序已完成，遗传背景清楚。传背景清楚。gene knockout;gene

11、knockout;缺点：缺点：胚胎在母体内发育，胚胎个体很小，很难胚胎在母体内发育，胚胎个体很小，很难进行实验操作。进行实验操作。果蝇果蝇（Drosophila melanogaster）无脊椎动物模式生物无脊椎动物模式生物成体黑腹果蝇头部的扫描电镜图成体黑腹果蝇头部的扫描电镜图成体黑腹果蝇头部的扫描电镜图成体黑腹果蝇头部的扫描电镜图果蝇果蝇(Insect model)合胞体合胞体囊胚层囊胚层1龄龄(2次蜕皮次蜕皮)幼虫幼虫蛹蛹变态变态果蝇果蝇(Insect model)特点：特点：1)1)性成熟短，世代周期短性成熟短，世代周期短 (成体约成体约1212天天)，个体小，繁殖容易，个体小，繁殖容

12、易，操作简便；产卵力强操作简便；产卵力强 2)2)易于遗传操作：如诱变；因组测序已完成易于遗传操作：如诱变；因组测序已完成 (Science,Mar.24,2000)。(120Mb encodes 13,601 proteins)，遗传突变，遗传突变品系已建立。品系已建立。线虫线虫（Caenorhabditis elegans）无脊椎动物模式生物无脊椎动物模式生物线虫生活史线虫生活史幼虫幼虫线虫生活史线虫生活史大部分为雌雄同体，自体受精方式产生后代大部分为雌雄同体，自体受精方式产生后代;卵裂和胚胎形成后孵化为幼虫卵裂和胚胎形成后孵化为幼虫 (受精后受精后14h),14h),幼虫经过幼虫经过4

13、4次蜕皮成为成体。次蜕皮成为成体。在食物不足、温度过高或线虫过多等不利条件在食物不足、温度过高或线虫过多等不利条件下，会进入下，会进入持续幼虫阶段持续幼虫阶段，可存活，可存活3 3个月，直个月，直到遇到适宜条件。到遇到适宜条件。线虫线虫(Worm model)特点：特点：1)1)易于养殖易于养殖,成虫体长成虫体长1mm1mm，易冷冻保存易冷冻保存；2)2)全身透明，细胞数目少，发育中的细胞谱系全身透明，细胞数目少，发育中的细胞谱系(cell(cell lineage)lineage)几乎固定，并且易于追踪。几乎固定，并且易于追踪。3)3)第一个完成基因组测序的多细胞动物第一个完成基因组测序的多

14、细胞动物 (Science(Science 19981998年，共包含年，共包含1909919099个基因个基因)。性成熟短。性成熟短,生命周期短生命周期短 (成体约成体约2.52.5天天)，培养简单，易于诱变；便于进行遗传，培养简单，易于诱变；便于进行遗传突变筛选。突变筛选。Developing C.elegans showing apoptosis at arrowheads.The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2002for their discoveries concerning genetic regulation of organ d

15、evelopment and programmed cell deathSydney BrennerH.Robert HorvitzJohn E.Sulston1/3oftheprize1/3oftheprize1/3oftheprizeUnitedKingdomUSAUnitedKingdomTheMolecularSciencesInstituteBerkeley,CA,USAMassachusettsInstituteofTechnology(MIT)Cambridge,MA,USATheWellcomeTrustSangerInstituteCambridge,UnitedKingdo

16、mb.1927(inUnionofSouthAfrica)b.1947b.1942Sydney Brenner H.Robert Horvitz John E.Sulston RNAi in C.elegans showing gene silencingThe Nobel Prize in Physiology or Medicine 2006for their discovery of RNA interference-gene silencing by double-stranded RNASydney BrennerH.Robert HorvitzJohn E.Sulston1/3of

17、theprize1/3oftheprize1/3oftheprizeUnitedKingdomUSAUnitedKingdomTheMolecularSciencesInstituteBerkeley,CA,USAMassachusettsInstituteofTechnology(MIT)Cambridge,MA,USATheWellcomeTrustSangerInstituteCambridge,UnitedKingdomb.1927(inUnionofSouthAfrica)b.1947b.1942Andrew Z.Fire Craig C.Mello 模式植物模式植物 拟南芥拟南芥(Arabidopsis thaliana)拟南芥特点拟南芥特点植株小植株小,生活周期短生活周期短(6周周),生长易于控制生长易于控制(温室中大批量培养温室中大批量培养),遗传变异技术成熟遗传变异技术成熟(化学物理诱变、转基因得到几千种突变化学物理诱变、转基因得到几千种突变株株);第一个全基因组测定的植物第一个全基因组测定的植物(2000年年)。25,000个编码基因个编码基因,水稻的四分之一。水稻的四分之一。思考题思考题1.1.研究肥胖的发病机制，选哪一种模式动物？研究肥胖的发病机制，选哪一种模式动物？2.2.运用线虫进行研究有哪些优缺点？运用线虫进行研究有哪些优缺点？