中国斑马鱼研究发展历程及现状

关键词:
斑马鱼 ; 模式动物 ; 生命科学
The development of zebrafish research in China
JIA Shun-Ji, MENG An-Ming
School of Life Sciences, Tsinghua University, Beijing 100084, China
收稿日期 : 20120504; 修回日期 : 20120621 作者简介 : 贾顺姬 , 博士 , 助理研究员 , 研究方向：发育生物学。 E-mail: jiasj@mail.tsinghua.edu.cn 通讯作者 : 孟安明 , 博士 , 教授 , 博士生导师 , 中国科学院院士 , 研究方向：发育生物学。 E-mail: mengam@mail.tsinghua.edu.cn 网络出版时间 : 2012-7-16 10:35:36 URL: http://www.cnki.net/kcms/detail/11.1913.R.20120716.1035.005.html
图2
各国斑马鱼相关 SCI 论文所占比重统计图
科学研究的热点之一 , 其中 TGF- β /Nodal 、 TGF- β / BMP、Fgf、Wnt、Shh、RA 等众多信号通路相互协 调、共同参与。 2004 年 , 本研究组发现了一种抑制 Nodal 信号中胚层诱导活性的新机制 , 即胚胎中有 Nodal 活性的区域表达其抑制因子 Dpr2, 后者与激 活后内吞的 Nodal 受体结合 , 促进携带了 Nodal 受体 的晚期胞吞体向溶酶体运动 , 从而促进这些受体在 溶酶体中的降解 [22]。该研究加深了对胚胎中胚层组 织发育的调控机理的了解 , 对于研究人类出生缺陷 的遗传机理有借鉴意义。该项研究成果发表在 Science 杂志上并被评选为 2004 年度 “中国高等学 校十大科技进展 ”之一。此后 , 研究组与其合作者还 Tob1、 陆续发现了 Pppm1a、 Fused、 Ppp4c、 SCFFBXL15、 Aida、Spr2、Amotl2 等蛋白在斑马鱼胚胎胚层形成、 背腹分化、前后轴线分化及细胞迁移中的作用 , 以 及它们在调控 TGF-β、 Wnt 以及 Fgf 信号通路中的 具体机制 , 研究成果分别发表在 Cell 、 Dev Cell 、 EMBO J、 Development 等重要学术刊物上 [23~30]。上
以 2001 、 2006 、 2011 年为例 , 重点检索了美国、德国、日本、 英国、 中国这 5 个国家相关论文数量所占比重 , 及其相应的排名 (数字 1~5 表示排名 )。
域达 105 种之多 ; 而我国虽然相应的文章总数只有 大约 1 180 篇 , 但其所涉及的领域也有 73 种 , 说明我 国在斑马鱼方面的研究内容是较为丰富多样的。如 果以斑马鱼涉及最多的 10 个学科为例 , 可以发现我 国斑马鱼的研究在生物化学、分子生物学、细胞生 物学、遗传学等热点学科的发展是较为平衡的。但 也不难发现 , 在发育生物学、神经生物学、解剖学 等学科的论文比重远远低于世界平均水平 , 因此在 这些学科领域还应该加大投入、加倍努力 (图 3)。 其三, 我国斑马鱼相关研究的水平明显提升, 一些研究成果具有非常重要的科学价值 , 甚至达到 世界先进水平 , 得到世界同行的认可。若以杂志的 影响因子作为评判标准 , 截止到 2011 年 , 我国总计 已发表影响因子大于 5 的斑马鱼相关论文 161 篇 , 某些重要的研究成果甚至是在 Cell 、 Science 、 Dev
HEREDITAS (Beijing) 2012 年 9 月 , 34(9): 1082 ― 1088 ISSN 0253-9772 www.chinagene.cn
综 述
DOI: 10.3724/SP.J.1005.2012.01082
中国斑马鱼研究发展历程及现状
贾顺姬, 孟安明
清华大学生命科学学院 , 北京 100084
如前所述 , 经过近 10 年的快速发展 , 我国斑马 鱼研究已在诸多不同的学科领域取得了一定的成绩 , 下面重点介绍其中几个代表性领域及其所取得的研 究进展。 首先是斑马鱼胚胎早期发育及其相应信号通路 的研究。例如 , 胚胎体轴的形成、胚层的诱导与分 化、胚胎细胞的运动机制、神经系统的发育、左右 不对称发育等等。这些发育过程的研究是当今生命
第9期
贾顺姬等 : 中国斑马鱼研究发展历程及现状
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代 , 美国布朗大学的 Roosen-Runge 于 1938 年首次在 SCI 杂志 Biological Bulletin 上发表文章 , 第一次详 细描述了斑马鱼受精后 , 受精卵的变化过程及其所 采取的卵裂方式 [2], 从此开启了斑马鱼的动物形态 学研究历程。自 20 世纪 50 年代开始 , Hisaoka、 Skidmore 等人开始将斑马鱼用于毒理学方面的研究 , 并取得一系列的成果 , 阐明了众多物理、化学、环 境因素对斑马鱼生长发育的影响 [3,4]。70 年代 , 美国 俄勒冈大学著名遗传学家 George Streisinger 带领他 的研究小组迈出了具有里程碑意义的一步 , 他们详 细报道了斑马鱼的体外受精技术、单倍体诱导等技 术 , 并建立其纯合品系 , 使得斑马鱼初步具备了成 为模式动物的条件 , 为其迅速发展奠定了坚实的基 础 [5] 。 20 世纪 90 年代初 , 著名的德国发育生物学 家、诺贝尔生理医学奖获得者 Christine NüssleinVolhard、以及美国哈佛大学 Wolfgang Driever 博士 的研究组同时开始对斑马鱼进行大规模的 ENU 化 学诱变研究 , 分别独立筛选得到 4 264 种和 2 383 种 斑马鱼突变体 [6,7]。他们的研究证明 , 斑马鱼作为脊 椎动物可以用来进行大规模的饱和诱变 , 从而提供 非常丰富的遗传资源 , 为科学家们进一步研究其分 子机制创造了极为有利的条件。此外 , 随着测序技 吗啉环修饰的 术的快速进步 , 包括突变体诱变 [8~11]、 mRNA 过量表达 [13]、 转基因斑马鱼 [14]、 寡核苷酸 [12]、 ZFN[15~17]和 TALEN 基因敲除 [18~20]等技术在内的相 关遗传操作手段的日臻完善 , 使得斑马鱼作为脊椎 动物模式在全世界范围内得到了更加广泛的应用 , 相关的 SCI 论文数也呈快速上涨的趋势 (图 1A)。
图1
其一 , 我国斑马鱼研究的 SCI 源刊论文发表数 在世界范围内的比重及相关研究机构的数量迅速增
斑马鱼相关 SCI 论文年度统计图
A ： 1981~2011 年 , 世界范围内发表的 SCI 论文统计结果 ; B ： 1991~2011 年 , 中国的研究机构参与发表的 SCI 论文统计结果。 以 Web of ScienceSM 数据库为检索依据。
Keywords: zebrafish; model animals; life sciences
1 斑斑斑斑斑斑斑斑斑斑斑
斑马鱼 ( Danio rerio ) 原产于印度东部、孟加拉 国、尼泊尔等地 , 是一种热带淡水硬骨鱼。斑马鱼 因其体侧具有 5 条延伸至尾部的水平蓝色条纹而得
名 , 属辐鳍亚纲 (Actinopterygii)、鲤科 (Cyprinidae)、 短担尼鱼属 (Danio), 大多成鱼体长约为 3~5 cm, 寿 命约为 2~3 年 [1]。 最早以斑马鱼为研究对象开始于 20 世纪 30 年
加 , 特别是近 10 年来的发展非常迅猛。 2001 年我国 相关论文的比重仅占全世界的 2.09%, 位列第十二 ; 经过 5 年的发展到 2006 年 , 该比重已增加为 6.21%, 排名上升至第五位 ; 到 2011 年的统计数据则表明 , 中国在该领域发表论文的数量仅次于美国 , 超越日 本、英国、德国 , 成为第二大国 , 论文比重更是迅速 增加至 14.66%(图 2)。 与此相应 , 我国越来越多的研 究机构正在大力发展斑马鱼的相关科研工作。以近 10 年的发展为例 , 2001 年 , 我国在 SCI 源刊上参与 发表斑马鱼研究论文的机构仅有 4 所 , 它们是清华 大学 (4 篇 )、中国科学院 (2 篇 )、香港城市大学 (2 篇 ) 及武汉大学 (2 篇 ); 2006 年 , 发表 2 篇以上 SCI 论文 的机构已增加至 16 所 ; 到 2011 年 , 这个数字更是迅 速增加到 56 所 , 说明在我国具有一定规模的、以斑 马鱼为模式动物进行科学研究的队伍正在快速发展 壮大 , 有更多的研究人员致力于这项工作 , 促进了 我国斑马鱼研究向多元化的方向发展。 其二 , 国内以斑马鱼为模式动物的研究内容更
摘要: 斑马鱼作为重要的脊椎动物模式系统之一 , 由于其多方面的优势 , 在生命科学研究领域发挥着越来越重
要的作用。目前 , 斑马鱼已被广泛地用于发育生物学、分子生物学、细胞生物学、遗传学、神经生物学、肿瘤 学、免疫学、海洋生物学、药物学、毒理与环保等诸多方面的研究 , 一些重要的成果不断涌现 , 为现代生命科 学的发展做出了重要贡献。我国 20 世纪 90 年代后期引入斑马鱼模式系统 , 此后研究队伍扩大很快 , 有影响的 研究成果不断涌现 , 促进了多个学科的发展。文章重点综述了我国内地与香港地区在斑马鱼研究方面的发展历 程以及所取得的代表性成果 , 以期促进该模式系统更广泛地用于开展高水平研究。
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Biblioteka Baidu
HEREDITAS (Beijing)
2012
第 34 卷
加丰富 , 领域更加广阔 , 并与现代生命科学研究的 热点紧密契合。截止到 2011 年 , 世界范围内斑马鱼 的 SCI 研究论文总数约为 15 222 篇 , 涉及的学科领
Cell 等世界顶级期刊上发表。
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在斑马鱼相关科学研究得到快速发展的进程中 , 有我国研究机构参与的首篇斑马鱼 SCI 论文也于 1991 年发表 , 是由中国预防医学科学院环境卫生与 卫生工程研究所的修瑞琴与瑞典哥德堡大学 Göran Dave 合作发表的文章 , 阐明了微量元素汞、铜、镍、 铅、钴对斑马鱼胚胎和幼虫发育的影响 [21]。但我国 的斑马鱼研究真正步入世界舞台 , 是在 21 世纪开始 之后 (图 1B)。 我国基于斑马鱼模式系统的研究近年来取得了 快速发展 , 主要反映在以下几个方面。
Abstract: As one of the most important vertebrate model systems, the zebrafish plays increasingly important roles in the field of life sciences. At present, zebrafish is widely used in studies on developmental biology, molecular biology, cell biology, genetics, neurobiology, oncology, immunology, marine biology, pharmacology, toxicology, and environmental protection. The zebrafish-based studies have led to many important discoveries that contribute to the development of modern life sciences. The zebrafish model system was introduced into China in the late 1990s; since then, the Chinese zebrafish community has being expanded fast with more influencing research outcomes, promoting a wide range of disciplines. This review gives an overview of zebrafish-based studies and representative findings in the mainland and Hong Kang of China, aiming to promote wider utilization of zebrafish for high-level studies.