发育生物学模式生物

生物学教学2008年(第33卷)第9期 发育生物学模式生物 郭炳冉 (山东曲阜师范大学生命科学学院 273165) 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 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l_2 J。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 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 生物界的某一大类群。②实验 材料 关于××同志的政审材料调查表环保先进个人材料国家普通话测试材料农民专业合作社注销四查四问剖析材料 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 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 【3J3。 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 1nl／n，直径70 m 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 · 61· 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 l2小时)，便于不问断跟踪 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，就可以实现基因导人。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l_4 J。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 Robert Horvitz)。 3．2 果蝇(Drosophila melanogaster) 果蝇作为经典 的模式生物，为基因学说的创立和发育生物学分子基 础的确定，作出了不可替代的贡献。20世纪初期，摩 尔根(Thomas Hunt Morgan)和他的弟子们，从有关性连 锁、性染色体、多线染色体和伴性遗传等遗传规律的发 现中提出了基因论，奠定了现代遗传学的基础，并由此 获得了1933年的诺贝尔生理学或医学奖。20世纪 80 年代，德国科学家尼尔森 一沃哈德(Nesslein—Volhard c)和美国学者维斯郝斯(Weichaus E)、美国遗传学家 刘易斯(Lewis E B)利用其完备的遗传研究工具来研 究分子发育调控的遗传基础，取得了重大突破，他们分 享了1995年的诺贝尔生理学或医学奖。果蝇之所以 维普资讯 http://www.cqvip.com · 62· 被遗传学家和发育生物学家所垂青，在于它作为模式 生物的突出优点：①个体小，生命周期短(一般 l2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 13 600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-l J。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。 3．3 斑马鱼(Danio rerio) 斑马鱼是小型热带鱼类， 作为低等脊椎动物，易于同时结合胚胎学和遗传学方 法，跟踪研究发育过程和发育机制。斑马鱼作为模式 生物，主要优点表现在：①个体小(成体长3—4cm)，繁 殖能力强(成熟雌鱼每隔一周可产卵数百粒)，便于大 规模养殖，持续提供大量分析材料，用于人工诱变和突 变体的筛选。②卵和胚胎透明，体外受精，体外发育， 胚胎发育速度快，24小时便可完成从受精卵到形成主 要组织器官的发育过程，便于在不受损害情况下，进行 细胞发育命运的连续跟踪观察和细胞谱系的分析。③ 卵子比一般哺乳动物卵子大十倍，外源物质包括外源 基因容易导人胚胎中。④胚胎学和遗传学操作技术成 熟，基因组全系列测定已经完成。⑤可用来建立筛选 治疗人类疾病药物的模型，用于化学物品和毒理学研 究 5。20世纪70年代始人们以斑马鱼为对象，开展 遗传学和发育生物学相结合的研究，研究成果在发育 生物学领域引起高度关注，对果蝇发育研究获得诺贝 尔奖的德国科学家尼尔森 一沃哈德，也加盟对斑马鱼 开展饱和诱变(即足量诱变剂处理)的研究，获得了首 批发育突变体，确立了斑马鱼作为发育模式生物的地 位，使之成为后来居上的模式动物。 3．4 小鼠(Mus nu~cu／us) 小 鼠从 l7世纪开始用于 解剖学研究及动物实验，经长期人工饲养选择培育，已 育成多达千余个独立的远交群和近交系，是目前生物 生物学教学2008年(第33卷)第9期 医学研究中广泛使用的模式生物，也是当今世界上研 究最详尽的哺乳类实验动物。目前全世界每天约有 2500万只小鼠被用于生物医学研究，以小鼠为对象的 研究已经获得了 17项诺贝尔奖。为了揭示包括人类 在内的一大批高等哺乳动物的发育奥秘。人们优选小 鼠作为发育模式动物，其优点表现在：①小鼠是最小的 哺乳动物，易于培养，维持费用低。②在遗传生理方面 和人类相似。在病理学方面研究所得成果可运用于人 类身上。是人类直接受益的模式生物。③繁殖不受季 节影响，繁殖能力强，出生后6周达到性成熟，排卵周 期短(每4天一次)，每次排卵8—12个，受精卵经 l9 — 20天便可发育成幼鼠，每窝产仔8只左右，每年可产 仔 8窝，为受精卵和着床前囊胚的获得、转基因的应 用、突变体的稳定与增殖等提供充足的实验材料[ 。 正是小鼠的这些研究优势，在小鼠中已完成了父系和 母系的基因组印记、黑白两种皮毛的嵌合体小鼠、畸胎 瘤细胞植入嵌合体小鼠、转基因小鼠、基因敲除缺陷型 小鼠、小鼠胚胎干细胞分离等著名的发育生物学实验。 3．5 拟南芥(Arabidopsis thaliana) 在生命科学的发 展过程当中，包括玉米、烟草、豌豆、水稻、小麦和大麦 等在内的经济作物都曾被用作植物的研究模型，但综 合比较生长、发育和分子遗传学实验技术的优势来看， 植物学家们更器重的是一种没有任何经济价值的草本 植物拟南芥。自1987年在美国密西根召开的第三次 国际拟南芥大会以后，科学家以拟南芥为对象开展的 分子生物学研究和发育生物学研究成果累累，拟南芥 已成为公认的植物发育首选模式生物。拟南芥作为植 物发育模式生物的主要优点有：①分布范围广，适应于 不同地区和气候条件下生长。②生活周期短(6周便 可完成)，经历配子发生、双受精、胚胎形成、种子成熟、 种子萌发、叶丛植株形成、主茎生长和开花等阶段。③ 成熟植株一般高 l0—30cm，可在温室内大批量培养。 ④花小(花高度只有2—4mm)，白花受粉，也可人工异 花授粉。⑤人工诱变后可在自交的子 2代中直接筛选 突变株的纯合子。@200o年完成基因组测序，基因组 小，包括25 0O0个编码基因，仅为水稻基因组的 1／4。 目前人们已鉴定了拟南芥多种编码代谢酶的基因，并 逐渐阐明了它们在不同生理过程中发挥的关键作 用[‘， ，同时利用拟南芥丰富的基因信息，制备出大量 核酸探针，这些工作将对整个植物功能基因组的研究 作出重要贡献。 主要参考文献 [1]吴庆余．2006．基础生命科学(第二版)．北京：高等教育出版 社，158～193 [2]桂建芳，易梅生．2002．发育生物学．北京 ：科学出版社，38～53 维普资讯 http://www.cqvip.com 生物学教学2008年(第33卷)第9期 乙肝病毒 张蓓蓓 (安徽省滁州卫生学校 239000) · 63· 摘 要 乙肝由于其感染人群的庞大性及其病毒的难以彻底清除性 ，已成为危害人类健康的全球性问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 。本文综述了乙肝病毒 的形态与结构、生存与繁殖、致病机制、检测 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 以及防治原则。 关键词 乙肝 病毒 感染 表面抗原 乙肝全称乙型病毒性肝炎，已知的病毒性肝炎分 甲、乙、丙、丁、戊、己、庚七种。乙肝因其感染人群数量 庞大，具有顽强的难愈力而一直受到关注。乙肝起病 徐缓，部分患者可转为慢性 ，少数还可导致肝硬化和肝 癌。据世界卫生组织报道，全球约 3．5亿人为慢性乙 肝病毒携带者。在我国乙肝病毒携带者达 1．2亿 J。 乙肝已成为一个危害人类健康的全球性问题。 1 剖析病毒 乙肝病毒(HBV)是乙型肝炎的病原体，它是一种 DNA病毒，在生物学上它是嗜肝 DNA病毒科家族种的 一 员。这种病毒除了对具体的器官具有特异性，对寄 主也同样有特殊要求，它通常只对人和猩猩有易感性。 一 个完整的乙肝病毒颗粒，又叫Dane颗粒，直径 只有42纳米，呈球形，大约是普通鸡蛋的百万分之一。 乙肝病毒有外壳和核心两个部分，外壳厚7～8纳米， 是由来源于宿主细胞的脂质双层和病毒编码的包膜蛋 白组成的囊膜。包膜蛋白由乙肝病毒表面抗原(HB— sAg)、前s1抗原和前 S2抗原共同组成。所谓抗原就 是会引起机体抵抗反应的物质，而与之相对，机体中可 以识别并抵抗抗原的元素就是抗体 2。剥去 Dane颗 粒的外壳，暴露出乙肝病毒的核心颗粒。核心颗粒直 径 27纳米，呈二十面体立体对称 ，它的表面才是病毒 真正的衣壳，由乙肝病毒的核心抗原(HBcAg)组成。 核心抗原仅位于 Dane颗粒内层的核衣壳表面和感染 的肝细胞中，一般在血循环中检测不到，但肝组织活检 时可检测到 J。通过强去垢剂或酶处理后，还可以释 放出 乙肝 病 毒 的 另一 个 主要 的 抗 原 一 一 e抗原 (HBeAg)，实际上 e抗原是由感染 的肝细胞分泌至血 清中的一种可溶性抗原，不是病毒的结构成分。HBV 核心内部含有环状并有缺口的 DNA双链，和依附在上 面的 DNA聚合酶。 [3]张红卫．2006．发育生物学(第二版)．北京：高等教育出版社，7 ～ 15 [4]樊启昶 ，白书农．2002．发育生物学原理．北京：高等教育出版 社 ，9～1O [5]吴秀山．2007．现代发育生物学实验指南．北京：化学工业出版 社 ，9～1O 在电子显微镜下可以观察到乙肝病毒3种不同的 形态：大球形颗粒、小球形颗粒和管形颗粒。大球形颗 粒就是 Dane颗粒。小球形颗粒，直径大约 22纳米 ，是 乙肝病毒感染后血液中最多的颗粒。它 由表面抗原组 成，并不含有乙肝病毒的 DNA以及 DNA聚合酶。管 形颗粒实际上是由几个小球形颗粒聚合在一起而成， 直径也约为 22纳米 ，长度在 50～700纳米之间。小球 和管形颗粒都是不完整的乙肝病毒颗粒，为HBV在感 染肝脏细胞时合成过剩的衣壳蛋白，游离在人体血液 中，无传染性。 2 生存与繁殖 在生物学中，病毒的繁殖被称为“复制”。在复制 的过程中，有两个很重要的因素：一个是催化剂，另一 个是模板，缺一不可。乙肝病毒复制的催化剂就是乙 肝病毒 DNA聚合酶。没有这种聚合酶的作用，乙肝病 毒的复制就会停止。乙肝病毒的基因组是由两条螺旋 的DNA链围成的一个半开环形结构。其中一条较长 负链已经形成完整的环状；另一条长度较短的正链，呈 半环状。在感染肝细胞之后，这条半环状的DNA链就 会以负链为模板，在催化剂一乙肝病毒 DNA聚合酶的 作用下延长，最终形成完整的环状。这时的乙肝病毒 基因组就形成一个完全环状的双链 DNA，称做共价闭 合环状 DNA(即 cccDNA)，它是病毒复制的原始模 板l 。原始模板形成后，病毒会以其中的一条链为模 板，利用肝细胞基因中的酶和DNA聚合酶的催化，形 成负链和正链。最后再装配到一起形成新的乙肝病毒 DNA颗粒。 这种 cccDNA是 乙肝病毒复制 中重要的 中间产 物，一旦它在肝细胞核内形成，就具有高度的稳定性， 可长期存在于肝细胞内，不但起着原始模板作用，而且 还很难完全清除，不论用什么抗病毒药物，不论细胞内 的 DNA受到多大的抑制，也不论用药的时间有多久 ， 都很难清除这种 cccDNA。只要肝细胞内有很少量的 cccDNA，当停药后 ，核内的 cccDNA又可以再次成为病 毒复制的“模型”，继续复制乙肝病毒的 DNA，这也是 乙肝很难根治的原因。 3 致病性与免疫性 乙型肝炎的临床表现呈多样性，可表现为无症状 维普资讯 http://www.cqvip.com