模式生物与转基因技术

模式生物与转基因技术

第一节模式生物与医学

第二节转基因技术与医学

第三节转基因技术与生物安全

第一节模式生物与医学

为什么研究模式生物？

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。

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。

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。

一些物种被大家公认为优良的模式生物，如大肠杆菌、酿酒酵母、秀丽隐杆线虫、海胆、果蝇、斑马鱼、爪蟾、小鼠、拟南芥、水稻等。

小鼠与医学

•作为生物学和医学研究中重要的模式动物，老鼠也是基因组测序计划中的重点对象。2002年8月，由美国国立卫生研究所和英国威康信托机构资助，美英多所科研机构共同完成了老鼠基因组草图和老鼠基因组物理图谱的框架，包括了小家鼠基因组约95%的内容。

•完整的老鼠基因组图谱于2005年完成。这个基因组草图显示，老鼠的20对染色体上共有约25亿个碱基对，与人类23对染色体上的29亿个碱基对相当接近。两者DNA链上基因与基因之间的“空白”片断也非常相似。两个物种的基因数目大约都是3万个，其中绝大部分相同，只有几百个基因是其独有的。

•老鼠和人类基因组相似度很高，对之进行比较研究，可以得知很多关于人类疾病和生理机能的性息。而且老鼠与人类同属哺乳动物，它们繁殖的速度很快，易于笼养，遗传性状研究起来很容易。

•目前每天有约2500万只老鼠伴随着全世界的科学家，帮助寻找治疗癌症、心脏病、艾滋病

等的新方法，探索生物为什么衰老这样的生物学重大谜题。以老鼠为对象的研究已经获得了17项诺贝尔奖。在研究老鼠基因组的过程中，新发现了约1200 个人类基因，其中许多基因与癌症等常见疾病有关。

从进化角度看，尽管人类与鼠在时间上更为接近。但是，人类和狗基因组之间的相似性，却比鼠和人类、鼠和狗基因组之间的相似性都要大。狗是继人和鼠之后第三种被绘制基因组草图的哺乳动物。自距今1万到1.5万年前被人类驯养以来，许多品种的狗在漫长的选择育种过程中患上很多疾病。据估计，狗身上有360多种遗传疾病与人类疾病相似。因此，测定狗的基因组图谱，并将其与人类基因组图谱进行比较分析，对寻找人和狗的致病基因都将有帮助。

•由此可见，动物基因组计划和人类基因组计划地进行，可以使我们通过比较人类与其它生

物的基因组序列，识别出相似和差异的区域，为研究人类基因的结构和功能提供重要线索，而且随着测序的基因组越来越多，比较基因组学的功能也会变得越来越强大。

一常见的模式生物介绍

•逆转录病毒(retrovirus)

•大肠杆菌(Escherichiacoli)

•酵母(budding yeast(Saccharomyces cerevisiae)

•秀丽线虫(Caenorhab ditiselegans)

•果蝇(Drosophilamelanogaster)

•斑马鱼(zebrafish)

•小鼠(mouse)

•拟南芥(Arabidopsis)

•水稻(Rice(OryzasativaL.)

一种模式生物应具备的特点

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）世代短、子代多、遗传背景清楚；

4）容易进行实验操作，特别是遗传学分析。

1 大肠杆菌

大肠埃希氏菌(Escherichia .coli)通常称为大肠杆菌，是人类和大多数温血动物肠道中的正常茵群。

E.coli 的非致病实验菌株（K-12）被列为最早的全基因组测序对象，它在原核遗传学、分子生物学、生物技术、尤其是DNA重组技术领域是首选的模式生物。

E.coli作为原核生物学中的模式实验生物，它的地位是无可比拟的。E.coli是最具特征的可自由生长的单细胞生物，并且它已用于研究细胞过程的生物学模式，如DNA的复制和修复、转录、代谢途径、应激反应、信号传导和遗传学规律。

大肠杆菌是研究微生物遗传的重要材料。莱德伯格（Lederberg）采用两株大肠杆菌的营养缺陷型进行实验，奠定了研究细菌接合方法学上的基础，以及基因工程的研究。

E.coli的色氨酸操纵子是分析的最透彻的细菌生物合成操纵子之一。

尽管遗传学研究已有几十年，但E.coli K-12基因组中编码4,288个蛋白的38%的基因仍然不清楚生物学功能。这表明我们的认知还存在严重的不足，甚至是对于那些已被很好地研究过的模式生物。

果蝇科(Drosophilidae)果蝇属(Drosophila)昆虫。节肢动物门、昆虫纲、双翅目、果蝇属、果蝇种。约1,000种。广泛用作遗传和演化的室内外研究材料，尤其是黄果蝇(D. melanogaster)易于培育。

果蝇生活史短，在室温下不到两周。用果蝇的染色体，尤其是成熟幼虫唾腺中最大的染色体，研究遗传特性和基因作用的基础。

Celera公司2000 年3 月宣布了基因组全序列为180 Mb。有13 601 个基因,其中一半的基因功能还没有搞清楚,有1 600 个碱基跨度区仍未能完全测序。

优点与用途

1、饲养容易，用一只牛奶瓶，放一些捣烂的香蕉，就可以饲养数百甚至上千只果蝇。

2、繁殖快，在25℃左右温度下十天左右就繁殖一代，一只雌果蝇一代能繁殖数百只。

3、果蝇性状变异很多，比如眼睛的颜色、翅膀的形状等性状都有多种变异，这些特点对遗传学研究也有很大好处。

4、卵子发生过程已为早期胚胎发育积累了充分的营养，且产出的卵子大，易于观察。胚胎发育速度快。

研究价值

在20世纪生命科学发展历史中，果蝇扮演了十分重要的角色，是十分活跃的模