第2章发育生物学中模式生物

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模式生物的概念

模式生物的概念
模式生物是指在生命科学研究中被广泛用作模型的生物物种。

这些生物通常具有一些特殊的生物学特征或行为，使其成为研究特定生命现象或过程的理想模型。

模式生物的选择通常基于以下几个因素：
1. 代表性：模式生物的生物学特征或行为应能够代表一类生物或一种生命现象，从而使研究结果具有普适性。

2. 实验便利性：模式生物应易于在实验室中培养和操作，以便进行各种实验研究。

3. 基因组简单：一些模式生物的基因组相对较小且简单，这有助于对基因功能和调控机制的研究。

4. 发育过程：一些模式生物的发育过程相对简单，有助于研究胚胎发育和细胞分化等过程。

5. 遗传学：模式生物的遗传学特征应较为清楚，便于进行遗传学研究和基因操作。

常见的模式生物包括大肠杆菌、酵母、果蝇、线虫、斑马鱼、小鼠等。

这些生物在基因功能、细胞生物学、发育生物学、神经科学等领域的研究中发挥了重要作用。

选择合适的模式生物对于生命科学研究的成功至关重要。

通过对模式生物的研究，可以深入了解生命现象的基本原理，并为人类健康和疾病治疗提供重要的线索和启示。

发育生物学发育生物学模式生物

脊椎动物模式生物
鸡的生活史
成体
约5月
卵
囊胚层
输卵管内发育
卵裂
鸡
特点： 1) 胚胎发育与哺乳动物更为接近； 2) 胚胎体外发育，易于实验；研究体节、肢体发育机制的模型 3) 鸡的基因组测序已完成。
哺乳动物：小鼠 (Mus musculus; mouse)
脊椎动物模式生物
小鼠生活史
发育生物学常用的模式生物
线虫（ C. elegans ）果蝇（ Drosophila ）斑马鱼（zebrafish） --- 可用于大规模遗传突变的研究非洲爪蟾（Xenopus ） --- 转基因技术小鼠（Mouse） --- 基因敲除技术拟南芥(Arabidopsis) --- 植物的基因修饰
模式生物
大肠杆菌（Escherichia coli ）-- 原核
模式生物
酵母（ Saccharomyces cerevisiae ）
脊椎动物模式生物
两栖类--非洲爪蟾（Xenopus laevis）
非洲爪蟾生活史
动物极
植物极
囊胚
原肠胚
神经胚
尾牙
蝌蚪
成体
Developmental stages of Xenopus laevis
模式植物
拟南芥 (Arabidopsis thaliana)
拟南芥特点
植株小, 生活周期短(6周), 生长易于控制(温室中大批量培养), 遗传变异技术成熟(化学物理诱变、转基因得到几千种突变株); 第一个全基因组测定的植物 (2000年)。25,000个编码基因, 水稻的四分之一。
思考题研究肥胖的发病机制，选哪一种模式动物？ eloping C. elegans showing apoptosis at arrowheads.

发育生物学第二篇生命发育的基本过程课件PPT

第二篇
生命发育的基本过程
个体发育：
个体发生、发展、变化的总称卵裂期受精卵形成胚胎发育囊胚期胚胎发育原肠胚期幼体神经轴胚期胚后发育器官发生期
成体
衰老死亡
个体发育
第一章配子发生与种系的延续
总论配子发生（gametogenesis）:有性生殖（sexual reproduction）动物发育的前奏。包括精子发生和卵子发生，是由原始生殖细胞分化而来。
海胆卵子的结构
卵黄膜(透明带) 质膜
卵黄颗粒皮层颗粒
质膜在受精时可以调控特定的离子在卵子内外的流动，且能与精子质膜融合。
卵黄膜能识别同一物种的精子，对受精的物种特异性有非常重要的作用。
海胆未受精卵的扫描电镜照片，显示卵黄膜（vitelline envelope）和内部质膜（plasm membrane）
1. 精子的趋化性（ chemotaxis ） 2. 精子的顶体反应，释放水解酶。 3. 精子与卵子外围的卵黄膜（透明带）结合 4. 精子穿过卵外的结构 5. 精卵细胞质膜的融合
1、精子的趋化性
精子的趋化性（chemotaxis）是指精子根据化学浓度梯度直接向卵子运动的现象。
现已在许多动物中发现，其卵母细胞完成第二次减数分裂后，可以分泌具有物种特异性的的趋化因子,如海胆的呼吸活化肽 resact和精子活化肽speract，构成卵周特有的微环境。
透明带功能： ① 顶体胞吐作用 ② 精卵识别 ③ 卵子与精子顶体结合 ④ 精子激活 ⑤ 阻断多精入卵
原始生殖细胞（primordial germ cell, pgc）在雄性动物中分化为精原细胞（spermatogonium）,在雌性动物中分化为卵原细胞（oogonium）,然后分别经过精子发（spermatogenesis）和卵子发生（oogenesis）,形成成熟的精子和卵子。卵子内生殖质（germ plasm）分布

第2章发育生物学中模式生物

1995年的诺贝尔生理医学奖获得者： E.Lewis，C.Nuesslein-Volhard 和 E.Wieschuas。
4、Xenopus laevis: Amphibian model
主要优点： 1. 性成熟短； 2. 卵体积大，易于操作； 3. 抗感染力强，易于组织移植；
非洲爪蟾胚胎的卵裂
第二章发育生物学研究中的主要模式生物
D. melanogaster X. laevis
Gallus gallus
Mus musculus
Homo sapiens
Model organisms
什么叫模式生物（Model organism）
生物体由低等向高等、由简单向复杂的进化过程中，很多生物学现象是非常保守的。低等生物的生命现象及分子基础与高等生物相似。因此，便于试验研究生命现象的基本规律或研究人类健康问题的物种就称为模式生物。
人－鼠ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ合体
能否将人和老鼠的细胞混合在一起，制造出一个“ 不可思议”的胚胎呢？尽管这还是一个颇受争议的设想，但如果人的干细胞在注射入小鼠的胚胎后能够在小鼠体内形成人的组织器官的话，倒是一件很有意义的事，这助于回答是否可以用人的胚胎干细胞来治疗疾病的问题。
小鼠发育的早期阶段
7. Gallus gallus (Chicken)
丰年虫
5. Danio rerio (zebrafish)
主要优点 1. 体积小，易于饲养殖； 2. 产卵力强； 3. 性成熟短； 4. 易于遗传操作：如诱变； 5. 体外受精和发育，易于观察； 6. 基因组序列已全部测出。
斑马鱼胚胎的早期卵裂过程
稀有鮈鲫
具有性成熟快、繁殖力强、产卵频次高、饲养方便等特点，同时稀有鮈鲫的优点还在于：是我国特有种，个体较斑马鱼稍大，实验操作容易，温度适应广，对化学品敏感且实验重复性更好。

发育生物学模式生物

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。

模式生物在发育生物学中的应用

模式生物在发育生物学中的应用一直到不久以前，多细胞生物在胚胎期复杂的发育变化和调控一直是困扰生命科学的未解之迷。

个体生命诞生自精卵结合形成合子，经过细胞的不断分裂、迁移、分化并发生巨大形态变化，构建出未来身体的雏形。

越是出生后形态复杂的生物，其发育中细胞间关系的变化也就越剧烈。

此外，虽然所有细胞都来自于同一个受精卵，但从发育早期开始，它们就走上了不同的分化道路，越到后期，要精确的说出每个特定位置上细胞的来历就越困难。

发育过程从本质上讲是一部生命发展的细胞历史。

成体中每个细胞都有一段自己独特的历史，总括起来就构成了个体生命。

对复杂生物发育的解读类似于对有悠久历史的古文明所进行的研究,史料千头万绪，细节纷繁,难以把握，有时甚至无从下手。

显然,如何选取恰当的切入点，找出诸种复杂现象背后潜藏的共同规律就成为洞悉这部生命史的关键。

早在一百多年前人们就发现，如果把关注的焦点集中在相对简单的生物上则发育的难题可以得到部分解答。

因为这些生物的细胞数量和种类更少，胚胎在体外发育，变化也较容易观察。

由于进化的原因,细胞生命在发育的基本模式方面具有相当大的同一性，所以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共同规律是可能的。

尤其是当在有不同发育特点的生物中发现共同形态发生和变化特征时，发育的普遍原理也就得以建立。

因为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，所以它们被称为“模式生物”。

一种模式生物应具备以下特点：1)其生理特征能够代表生物界的某一大类群；2）容易获得并易于在实验室内饲养、繁殖；3）容易进行实验操作，特别是遗传学分析。

于是，长久以来在进化支流的港湾中休憩的小生命——酵母、线虫、果蝇、海胆、斑马鱼、非洲爪蟾、小鼠、拟南芥，获得了前所未有的青睐。

在此，我仅针对斑马鱼进行简要的阐述。

作为模式生物，斑马鱼及其胚胎具有以下优点：①斑马鱼亲鱼体形小,易于管理，极大地减少了饲养空间和管理成本；②斑马鱼雌鱼产卵量大，每次可产约300 枚，实验用样本基数大，确保统计学意义；胚胎药物处理简单,需求量少;③胚胎体外发育，发育周期短，从受精卵到仔鱼在正常条件下只需72h,借助显微镜可清楚的观察整个发育过程;④发育初期透明,通过特定基因标记，可以直观的观察靶基因的表达；⑤应用到原位杂交技术和免疫组化技术。

模式生物发育生物学的研究与应用

模式生物发育生物学的研究与应用模式生物是指科研人员对于特定物种或群体进行高度关注、深入理解和广泛应用的生物体，被视为基本生物学理论研究和生命科学应用的重要工具。

在发育生物学上，模式生物在研究人员对于发育机制、分化机制、分子表达和发育调控网络等方面的学习和发现，做出了重要贡献。

本文将从模式生物在发育生物学的研究中的作用和重要性，以及模式生物的选择和应用方面进行探讨。

一、模式生物的重要性模式生物在发育生物学中的重要性不言而喻。

最初，发育生物学的研究只局限在简单的观察和描述阶段，由于缺乏系统和灵敏的分子工具、显微成像技术等现代生命科学技术手段，无法探究胚胎发育的分子机制和调控网络。

模式生物的出现和其在实验室中的长期研究，为研究者们提供了一个非常有利的平台和工具，可以通过简单、可重复、控制变量等方式，建立胚胎发育的模型，在细胞和分子水平上对其进行深入研究。

模式生物作为发育和分子生物学的重要实验动物，能够提供一系列牵涉到发育和疾病的关键基因、调控网络和生理遗传学问题，为疾病预测、预防和治疗提供有益指导和方向。

二、模式生物的选择模式生物的选择标准很高，但也不是所有生物都适于作为模式生物，需要具备以下几个条件:1. 可以在实验室中轻松、快速地繁殖，具备生理特征的高度稳定性和复杂性，并具有标准化和标记化操作方法；2. 具备完整的生命周期和发育过程，尤其是具备胚胎发育的不同发育阶段和提示器官的不同特征，便于发育机制的研究；3. 发育、生长和代谢速度适宜，其生理和发育特征尽可能贴近人类的相关现象，具有普通遗传特征，并且是野外或自然环境的优良生物体。

目前，最常用的模式生物包括无脊椎、小鼠、斑马鱼、拟鼠，以及果蝇等。

严格掌握模式生物的选择标准，有利于在发育生物学探索中，建立有力的试验验证体系，并且大幅降低实验误差。

三、模式生物的应用模式生物在发育生物学、神经科学、医学研究等领域，具有广泛的应用价值。

以小鼠为例，小鼠是哺乳动物中最常用的模式生物之一，在基因组学、干细胞、发育和疾病等领域，常用于基因失活或过表达、蛋白质表达和功能研究、疾病模型建立和药物筛选、检测，并且还被广泛应用于人类疾病的研究中，如癌症、神经元退行性疾病和心血管疾病等。

发育生物学_第二章_细胞命运的决定

离，发现分离裂球的发育命运、分裂速度和分裂
方式都和留在完整胚胎内的相同裂球一样。
• 分离裂球本身不但含有决定分裂节奏和分裂方式
所必需的全部物质，而且还含有不依赖于胚胎其他细胞而进行自我分化所必需的全部物质。
帽贝成纤毛细胞的分化
极叶
• 某些呈螺旋卵裂的胚胎（主要是软体动物和环节动物）在第一次卵裂时卵子植物极部分形成一个胞质凸起，称为极叶（polar lobe）。 • 第一次卵裂结束时，极叶缩回。
结论：海鞘胚胎后端的发育命运由卵细胞质中特定的胞质决定子决定。而前端的发育命运则由缺乏PVC所决定。总结：海鞘卵子受精时，卵质发生运动，产生独特的胞质区域；不同的胞质区域含有不同的形态发生决定子，并在卵裂时分配到不同的裂球中。
（二）软体动物：极叶和中胚层，背-腹轴的决定 • Wilson把帽贝（Patella coerulea）早期裂球分
合胞体前端细胞的细胞核暴露于前端细胞质的转录因子中，这些转录因子在后端细胞质并不存在。合胞体后端细胞的细胞核暴露于后端细胞质的转录因子中，这些转录因子在前端细胞质也不存在。细胞核和转录因子之间相互作用就发生共同的细胞质中，而这一作用最终导致细胞发育命运向不同方向特化。通过转录因子行使形态发生素作用，果蝇合胞体内每个细胞核都获得一个位置信息，也就是细胞核是成为身体前端、中部或者后端一部分。当合胞体细胞核最终分隔到细胞内时，这些细胞的发育命运大体已经定型。每个细胞特定的发育命运将通过自主特化（由从卵子内继承的转流因子作用）和渐进特化（由细胞-细胞相互作用）共同作用而决定。
海鞘分裂球的决定谱系海鞘的肌肉细胞谱系自主肌肉特化有条件肌肉特化海鞘的三种组织胞质决定子的运动比较肌肉肌肉第一期卵质分离8细胞胚胎第二期卵质分离表皮内胚层海鞘胚胎前后轴决定与胞质定域?海鞘受精卵植物极后端胞质pvc相对于其余部分细胞质呈显性

发育生物学常用模式动物

发育生物学常用模式动物
问题：什么是模式动物？模式动物有哪些共同特点？如何选择模式动物完成实验？
什么是模式动物？
生物学家通过对选定的动物物种进行科学研究，用于揭示某种具有普遍规律的生命现象，这种被选定的生物物种就是模式动物。
哪些是发育生学常用模式生物？图片来源：百科常用模式生物的共同特点？
图片来源：百科爪蛙（Xenopus laevis）
优势： 1. 取卵方便 2. 胚胎个体较大，方便进行实验胚胎学研究 3. 其早期胚胎发育很快 4. 卵裂期即区分出背腹轴劣势：传代周期长，基因组不完全测序，异源四倍体，不宜进行遗传学的研究 Xenopus何选选择模式动物！
总结
1. 发育生物学中模式动物的基本特征； 2. 发育生物学中常用的几种模式动物以及它们作为模式动物的优缺点； 3. 如何选择合适的模式动物作为研究对象进行实验研究。
课下思考题
如果想研究药物对动物生长发育影响的情况，你会选择哪些发育生物学模式百科
黑腹果蝇（Drosophila melanogaster）
优势： 1. 传代周期短（10-15天） 2. 遗传突变体多（自然突变和人工突变）, 3. 基因组全部测序 4. 方便操作，便宜劣势：很多o ）
优势： 1. 胚胎数量多，且胚胎透明，体外发育 2. 基因组完全测序 3. 遗传突变体多 4. 实验操作手段丰富 5. 传代周期相对较短（2.5个月）劣势：发育早期细胞的家系很难确定，体外实验有一定的困难。
1. 体型小 2. 易于饲养 3. 生命周期短 4. 胚胎有较强的可操作性 5. ans）
优势： 1. 传代周期短（3天） 2. 基因组较小 3. 容易饲养，胚胎透明，方便操作，便宜 4. 可方便的利用RNA干扰技术研究基因功能 5. 唯一一个身体中所有细胞都已盘点归类的动物劣势：很多基因在脊椎动物中不存在

模式生物在发育生物学中的作用

模式生物在发育生物学中的作用随着人类对于细胞和基因的研究的不断深入，模式生物在发育生物学领域中的作用也愈加显著。

所谓模式生物，是指在特定生长条件下，发育过程具有规律、可预测的生物，如线虫、果蝇、斑马鱼等。

在发育生物学研究中，这些生物被广泛应用于探究基因功能、遗传变异以及发育过程中的信号传递等课题，成为了不可替代的重要工具。

1. 线虫在发育生物学研究中的应用线虫是圆形、透明、微小的生物，具有短命、繁殖快、遗传简单等特点。

在发育生物学领域，线虫广泛被应用于探究细胞分化、胚胎发育等课题。

由于线虫的结构、发育过程及基因组都已经被详细研究和描述，因此研究人员可以利用线虫探究不同生长条件下基因表达和转录特点的变化。

对于点突变的线虫基因，科学家可以利用线虫的基因编辑技术快速筛选出突变基因，并研究其对线虫发育的影响。

此外，线虫也被广泛应用于探究基因在发育过程中的作用。

例如，在线虫发育过程中，某些基因的表达会发生异质性，如启动子的甲基化现象等。

通过对线虫基因的功能研究，人们逐渐理解了甲基化等现象对基因表达及发育的影响。

此外，线虫也被用于研究神经元的成像和系统研究，为研究神经网络等领域提供了有价值的信息。

2. 果蝇在发育生物学研究中的应用果蝇是另一种被广泛应用于发育生物学研究的模式生物。

果蝇的生长和繁殖速度比线虫更快，且其基因组相对更为复杂。

果蝇基因编辑技术的发展，为科学家提供了快速筛选突变基因和功能研究的新途径。

通过对果蝇的研究，科学家们发现，果蝇发育过程中的很多基因和人类基因相似或相同，这也为人们研究某些疾病的发生机理，提供了有价值的参考。

此外，果蝇在线虫不具备的一些生物学特点方面，也能提供独到的研究途径。

例如，果蝇天生就有发育方式多样的头胸异形性，通过对这种生物特性的研究，科学家可以深入了解异形性的发育机制。

3. 斑马鱼在发育生物学研究中的应用斑马鱼在近年来的发育生物学研究中越来越受到科学家的重视。

与其他模式生物相比，斑马鱼发育时间短、繁殖周期快、生长快，比较适合进行高通量筛选和快速遗传变异研究。

模式生物发育研究

模式生物发育研究
什么是模式生物？为什么要用模式生物研究？模式生物的种类及特点模式生物的应用模式生物发育的研究意义
模式生物
生物学家通过对选定的生物物种进行科学研究，用于揭示某种具有普遍规律的生命现象，此时，这种被选定的生物物种就是模式生物。
为什么要用模式生物研究？
多细胞生物包括人类，在胚胎期复杂的发育变化和调控一直是困扰生命科学的未解之迷。
荧光显微镜下的秀丽线虫（图片来自）
秀丽线虫的主要优点
①能在实验室用培养皿培养。 ②生命周期短。 ③存在雌雄同体和雄性两类不同生物型。 ④体细胞数量少且恒定。 ⑤易于观察生殖细胞的发生及生殖系颗粒的传递过程。 ⑥基因组相对较小，组成相对简单。
2、果蝇
果蝇广泛地存在于全球温带及热带气候区。目前至少有1000个以上的果蝇物种被发现，大部分的物种以腐烂的水果或植物体为食，少部分则只取用真菌，树液或花粉为其食物。体型较小，身长3～4mm。大约可存活9d左右。主要特征是具有硕大的红色复眼。
为什么要用模式生物研究？
由于进化的原因，许多生命活动的基本方式在地球上的各种生物物种中是保守的，这是模式生物研究能够成功的基本基础。
选择什么样的生物作为模式生物，首先依赖于研究者要解决什么科学问题，然后寻找能最有利于解决这个问题的物种。
为什么要用模式生物研究？
随着人类基因组计划的完成和后基因组研究时代的到来，模式生物研究策略得到了更加的重视。人体基因的结构和功能可以在其它合适的生物中去研究，同样人类的生理和病理过程也可以选择合适的生物来模拟。
发育过程从本质上讲是一部生命发展的细胞历史。成体中每个细胞都有一段自己独特的历史，综合起来就构成了个体生命。

遗传与发育学中的模式生物及其应用

遗传与发育学中的模式生物及其应用遗传和发育学是两个相互关联的领域，通过研究模式生物的基因和发育过程，我们可以更好地理解生物的发育和进化。

在遗传和发育学领域，有许多经典的模式生物，如果蝇、线虫和拟南芥等，这些生物一直是生物学家们的研究对象。

1. 果蝇果蝇是遗传学和发育生物学领域的经典模式生物之一。

在遗传学领域，果蝇的遗传性状非常容易识别和遗传分析，因此成为了基因遗传和表观遗传等领域的重要研究对象。

在发育生物学领域，果蝇胚胎发育过程非常快速而精确，每个胚胎细胞的发育轨迹都能清晰追踪。

因此，果蝇也成为了探究基础细胞生物学和发育机制的关键生物模型。

2. 线虫线虫是另一个常用的模式生物。

线虫具有固定的细胞数和分化过程，从而成为了研究细胞命运和细胞分化过程的理想对象。

此外，线虫还是一种重要的神经生物学模型，因为它的神经系统相对简单，易于研究。

研究人员利用线虫模型发现了一些重要的神经生物学特征和与疾病相关的基因。

3. 拟南芥拟南芥是研究植物生物学的重要模式生物之一。

它具有短而快速的生命周期，因此对于研究植物生物学领域追求高通量的研究具有很大的帮助。

此外，拟南芥的基因组测序已经完成，为研究其基因功能和进化等方面提供了很多便利条件。

因此，研究者们可以通过拟南芥模型更好地理解植物的发育和适应。

应用：模式生物不仅在科学研究领域发挥着重要作用，还有很多潜在应用。

1. 疾病研究利用模式生物模型进行疾病研究已成为一种常用方法。

通过研究动物模型的基因或功能异常情况，人们可以更好地理解疾病的发生机制和治疗方法。

2. 农业研究在农业研究领域，模式生物可以被用作开发新的作物品种和改进现有的品种。

例如，通过研究拟南芥，人们可以更好地了解植物对环境压力的适应机制，进而开发出更具适应性的农作物品种。

3. 生物工程技术模式生物不仅可以被用作基础生物学研究，还可以被用于生物工程技术中。

例如，研究者们可以利用果蝇模型研究分子生物学领域的相关问题，例如基因编辑等技术。

模式生物学物种及其在发育和遗传学研究中的应用

模式生物学物种及其在发育和遗传学研究中的应用自从科学技术得以高速发展以来，生物学研究已经发生了翻天覆地的变化。

随着生命科学的高速发展，生物学家们逐渐意识到，要想深入地研究生物学问题，必须先从一个模式生物开始。

模式生物学物种被定义为一种广泛用于生命科学研究的生物物种，也被称为实验模式生物。

在生物学中，一些常见的模式生物学物种包括酵母菌、线虫、果蝇、斑马鱼和小鼠等。

对于不同领域的研究者，选择不同的模式生物进行研究显得尤为重要。

本文主要将探究模式生物的种类、特点及其在发育和遗传学研究中的应用。

一、模式生物类型1. 酵母菌酵母是一种微生物，包括啤酒酵母和面包酵母等。

因为它们在分子遗传学和细胞生物学领域中特别有用，所以被作为模式生物学物种。

酵母菌可以在实验室里进行容易的温和培养，这意味着研究人员可以随时方便地进行实验。

2. 线虫线虫是一种微小的蠕虫，也是常见的实验模式生物。

线虫具备复杂的神经系统和基因组，所以可以用于神经学和基因研究。

3. 果蝇大家熟悉的果蝇也是模式生物之一，由于其生命周期短、数量多和生物遗传学特性等方面的特点，所以被广泛用于发育和遗传学研究中。

4. 斑马鱼斑马鱼是一种小型、快速繁殖的鱼类。

由于它们的透明性和生长速度等特点，斑马鱼成为了生物学研究的模式生物之一。

5. 小鼠小鼠在生命科学中也是通用的实验模式生物之一，因为它们的基因组与人类基因组相似度较高。

因此，在研究某些疾病或药物反应等方面，小鼠被广泛运用。

二、模式生物的特性从基础研究到开发治疗方法，模式生物学物种都具有明显的优势。

许多实验模式生物的特性是类似的：它们的生命特征相似、繁殖期短、数量多、经济、容易培养、基因丰富等等。

同时，这些特性也决定了模式生物可用于研究的范围和领域。

1. 快速繁殖许多模式生物可以在短时间内产生大量后代，这使得这些生物广受欢迎。

例如，果蝇在繁殖方面非常优秀，一年内一对果蝇可以繁殖成数十万只后代，这样可以使生物学研究更易于开展。

发育生物学：2 模式生物

小鼠 Mus musculus
小鼠隶属脊索动物门，哺乳纲，其胚胎发育过程与人类比较接近，备受重视。
小鼠的优点： 1. 世代周期短，2个月。 2. 遗传背景较为清楚，基因组测序完成。 3. 实验手段较为完善，唯一可进行基因敲除
的脊椎动物。
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。
3. 个体小得多，更好养殖。 4. 排卵量也大，1000~3000枚，0.7~0.8 mm。 5. 亲缘关系近，种间基因高度保守。
线虫和果蝇之所以成为模式生物，主要原因在于它们能将胚胎学和遗传学有效地结合起来，研究者不仅能看见发育过程中的胚胎，而且能诱导突变，并观察突变如何扰乱发育。
20世纪90年代，脊椎动物中还未找到这样的模式生物？！
2. 生命周期短，3.5 d，胚胎发育快，16℃， 18 h，25℃，12 h，到成虫2 d。
3. 大多雌雄同体，体内受精，产生后代多，自体受精产生纯合的基因型。
4. 体细胞数量少，1000个，透明可见，易于追踪细胞分裂谱系。
5. 能观察生殖细胞发生及种质颗粒传递过程。
秀丽隐杆线虫基因组：第一个完成全基因组测序的多细胞生物。 97 Mb个碱基，19099个编码蛋白的基因。人类的4979个蛋白有74%可在线虫中找到。线虫有36%的蛋白可在人类中找到。
Brenner（英）早在20世纪60年代初期就正确地选择线虫作为研究对象。
Horvitz（美）发现了线虫中控制细胞死亡的关键基因，描绘出了这些基因的特征。他揭示了这些基因怎样在细胞死亡过程中相互作用，并且证实了相应的基因也存在于人体中。
Sulston（英）则描述了线虫组织发展过程中每一个（959）细胞分裂和分化的具体情况。他还确认了在细胞死亡过程中发挥控制作用基因的最初变化情况（20年）。

发育生物学：2 模式生物

Brenner（英）早在20世纪60年代初期就正确地选择线虫作为研究对象。
Horvitz（美）发现了线虫中控制细胞死亡的关键基因，描绘出了这些基因的特征。他揭示了这些基因怎样在细胞死亡过程中相互作用，并且证实了相应的基因也存在于人体中。
Sulston（英）则描述了线虫组织发展过程中每一个（959）细胞分裂和分化的具体情况。他还确认了在细胞死亡过程中发挥控制作用基因的最初变化情况（20年）。
2006年诺贝尔生理学或医学奖。
果蝇
Drosophila melanogaster
果蝇隶属于节肢动物门，昆虫纲，成虫体长 2 mm，以腐烂果实为食。
1910年，遗传学泰斗Morgan发现第一个突变体白眼果蝇，作为模式生物。
果蝇的优点： 1. 生命周期短，12 d一次世代交替。 2. 胚胎发育快，前13次卵裂每次间隔9 min。
小鼠胚胎深埋于母体，无法进行胚胎学观察。爪蟾繁育太慢。
繁殖周期短、繁育力强、体外产卵、胚胎透明、胚胎发育速度快的脊椎动物？
斑马鱼索动物门，鱼纲，源于南亚，小型热带鱼类，成体长3~4 cm。
斑马鱼的优点： 1. 世代周期短，3个月性成熟。 2. 卵子容易获得，每隔一周可产200枚。 3. 胚胎发育同步且速度快，16h，25~31℃。 4. 胚体完全透明，易于观察每一个发育事件。 5. 个体小，容易养殖。 6. 能大规模遗传突变。
缺点：四倍体，基因有4个拷贝，很难进行遗传突变实验。世代周期长，1~2年性成熟。
热带爪蟾（Xenopus tropicalis）（右）
热带爪蟾源于西非雨林湿地，是爪蟾属中唯一的二倍体，成为替代爪蟾的理想模型。
热带爪蟾独特优势： 1. 基因组小，为爪蟾和小鼠的一半。 2. 世代周期比爪蟾短得多，4~6个月。

发育生物学---模式动物

Chapter 2 模式生物体系一、模式生物• 早在20世纪初，人们就发现，如果把关注的焦点集中在相对简单的生物上则发育的现象难题可以得到部分解答。

因为这些生物的细胞数量更少，分布相对单一，变化也较好观察。

• 由于进化的原因，细胞生命在发育的基本模式方面具有相当大的同一性，所以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共通规律是可能的。

¾ 尤其是当在有不同发育特点的生物中发现共同形态形成和变化特征时，发育的普遍原理也就得以建立。

¾ 因为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，所以它们被称为“模式生物”。

一种模式生物应具备以下特点：1）其生理特征能够代表生物界的某一大类群；2）容易获得并易于在实验室内饲养、繁殖；3）容易进行实验操作，特别是遗传学分析。

• 理想的研究系统是科学发展的关键，在发育生物学研究中，模式生物显得尤为重要，许多划时代的突破往往都与模式动物相关。

最常见的模式生物有：逆转录病毒 (retrovirus)，大肠杆菌(Escherichiacoli)，酵母(budding yeast (Saccharomyces cerevisiae), fission yeast (Schizo saccharomyces pombe))，秀丽线虫(Caenorhab ditiselegans)，果蝇(Drosophilamelanogaster)，斑马鱼(zebrafish)，小鼠(mouse)，拟南芥(Arabidopsis)，水稻(Rice(OryzasativaL.))等。

模式生物的应用•生物是从共同祖先演化而来的，所以对生命活动有重要功能的基因在进化上是保守的，也就是说，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。

因此，可以用比较容易研究的生物作为模型来研究其基因的结构和生物学功能，由此获得的信息可以使用于其他比较难以研究的生物，特别是推测相似的人体基因的功能•各模式动物各具优点，其研究成果不仅揭示特定物种的特点，还有助于探索动物发育的普遍规律和机制。

第2章 发育生物学中模式生物

模式生物的概念

发育生物学发育生物学模式生物

发育生物学第二篇生命发育的基本过程课件PPT

第2章 发育生物学中模式生物

发育生物学模式生物

模式生物在发育生物学中的应用

模式生物发育生物学的研究与应用

发育生物学___第二章___细胞命运的决定

发育生物学常用模式动物

模式生物在发育生物学中的作用

模式生物发育研究

遗传与发育学中的模式生物及其应用

模式生物学物种及其在发育和遗传学研究中的应用

发育生物学：2 模式生物

发育生物学：2 模式生物

发育生物学---模式动物

第2章发育生物学中模式生物

第2章发育生物学中模式生物

发育生物学_第二章_细胞命运的决定