模式生物

有这样一些生命，亿万年来，它们或栖身于朽木败叶之下，或飞舞于山花野果丛中，或在山溪浅水中徜徉，或在大海惊涛下蜷缩，或在荒野上荣枯，或在污秽中滋生。它们的家族，从未在生命进化激流中独领风骚，而是随着进化车轮的远去，在草际林边复归于沉寂。然而这些柔弱的生命竟能生生不息，直等到不可思议的基因塑造出这样一种生命，他们凝视自身和他者，如同漫漫长夜中的孤独灯火，追寻着生命的意义。最令人惊奇的是，他们竟能在物种变迁之余肇始文化的源泉，开创艺术与科学。人类百余年的现代科学史，在漫漫时间的序列中只是轻忽的一瞬，即使对我们将要谈及的几种小生命，这样的一些时间也不过是恒常岁月中千百代繁衍生息之余的惊鸿一瞥。然而，正是在这激情洋溢的百余年间，人类对生命世界的认识，由混沌逐渐清晰，由清晰产生敬畏，在敬畏之余复归于理性。对几种常见模式生物的简单介绍何为模式生物？不止一位科学巨匠望洋兴叹：二十世纪前半页生命科学的最大成就，乃是认识到人类对生命的本质竟是如此的无知。直到看似寻常的某一天，有几位思考者，在海滨漫步时拣几枚海胆，在花园里捕几只果蝇，在玻璃缸里养了群彩色缤纷的斑马鱼，或是在显微镜下找到些线虫，在非洲考察时带回种蟾蜍，从此，百年困惑，逐渐开朗。模式生物的定义模式生物（Modelorganism）是指受到广泛研究，对其生物现象有深入了解的物种。根据从这些物种所得的科学研究结果，可以归纳出一些涵盖许多生物的模型，并应用在各领域的研究。Amodelorganismisaspeciesthathasbeenwidelystudied,usuallybecauseitiseasytomaintainandbreedinalaboratorysettingandhasparticularexperimentaladvantages.模式生物有何特点？模式生物的特点有:1)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。模式生物——动物篇之“果蝇”揭示遗传规律的王牌科学分类界：动物界Animalia门：节肢动物门Arthropoda纲：昆虫纲Insecta亚纲：有翅亚纲Pterygota目：双翅目Diptera科：果蝇科Drosophilidae属：果蝇属Drosophila种：黑腹果蝇D.melanogaster二名法DrosophilamelanogasterMeigen,1830果蝇的基本生物学特性：黑腹果蝇是一种原产于热带或亚热带的蝇种。它和人类一样分布于全世界，并且在人类的居室内过冬。雌性体长2.5毫米,雄性较之还要小。雄性有深色后肢，可以此来与雌性作区别。果蝇的生活周期包括卵、幼虫、蛹和成虫四个完全变态的发育阶段，在25℃环境下，22小时后幼虫就会破壳而出,并且立刻觅食。因为母体会将它们放在腐烂的水果上或其他发酵的有机物上，所以它们的首要食物来源是使水果腐烂的微生物，如酵母和细菌，其次是含糖的水果。其中幼虫又分为一龄、二龄及三龄三个时期。从初生卵发育至新羽化的成虫为一个完整的发育周期，在25℃，60％相对湿度条件下，大约为10天。通过控制养殖的温度，可以加速和减缓果蝇的发育。果蝇个体很小，幼虫在三龄时达到最大，约2毫米，成年果蝇也仅为2－3毫米。新羽化的雌性成虫大约8小时之后即可进行交配，交配之后大约40小时开始产卵，第4-5天出现产卵高峰。性成熟雌性果蝇生殖能力很强，产卵初期每天可达50～70枚，累计产卵可达上千枚。果蝇作为遗传学模式生物的特点：（1）.繁殖迅速（2）.染色体巨大（3）.易于进行基因定位果蝇只有四对染色体。一对性染色体,通常被记作第一对染色体或者是X-和Y-染色体，和三对常染色体，后者被记作第二，三和四对染色体。第四对染色体很小，所含的基因也很少因此自1909年摩尔根（ThomasHuntMorgan，1866－1945）将之用作研究遗传变异和染色体关系的材料之后，果蝇就成为经典遗传学家揭示遗传规律的一张王牌另外，果蝇在胚胎发育图式的构建中具有特殊优点：它由14个体节构成的躯干完全对称，一套基因控制了这些体节从上到下的发生过程，后来的研究证明，这套基因普遍存在于从昆虫到人的基因组中，是决定机体左右对称布局形成的最基本因素，因此果蝇在发育研究中的地位也变得举足轻重起来俯视图前视图侧视图模式生物——植物篇之拟南芥植物中的“果蝇”拟南芥科学分类域：真核域Eukarya界：植物界Plantae门：被子植物门Magnoliophyta纲：双子叶植物纲Magnoliopsida目：白花菜目(Brassicales)科：十字花科(Brassicaceae)属：鼠耳芥属(Arabidopsis)种：拟南芥(A.thaliana)二名法Arabidopsisthaliana(L.)Heynh.二年生草本，高7～40厘米。基生叶有柄呈莲座状，叶片倒卵形或匙形；茎生叶无柄，披针形或线形。总状花序顶生，花瓣4片，白色，匙形。长角线形，长1～1.5厘米。花期3～5月。拟南芥的基因组是目前已知植物基因组中最小的。每个单倍染色体组（n=5）的总长只有7000万个碱基对，即只有小麦染色体组长的1/80，这就使克隆它的有关基因相对说来比较容易。拟南芥是自花受粉植物，基因高度纯合，用理化因素处理突变率很高，容易获得各种代谢功能的缺陷型。例如用含杀草剂的培养基来筛选，一般获得抗杀草剂的突变率是1/100000。由于有上述这些优点，所以拟南芥是进行遗传学研究的好材料，被科学家誉为“植物中的果蝇”。拟南芥的生物学特性拟南芥作为模式生物的特点：（1）.基因组小有利于基因定位和测序。其基因组大约为15,700万碱基对和5个染色体。（2）.植株小，生活周期短，且单个植株能产生几千个种子（3）.属自花传粉，有利于遗传实验。尽管拟南芥在农业上并无多少直接的贡献，但鉴于以上几点，使其成为研究有花植物的遗传、细胞、分子生物学的典型。模式生物——微生物篇之酵母菌遗传学上的里程碑酿酒酵母（大球）科学分类域：真核域(Eukarya)界：真菌界(Fungi)门：子囊菌门(Ascomycota)纲：半子囊菌纲(Hemiascomycetes)目：酵母目(Saccharomycetales)科：酵母科(Saccharomycetaceae)属：酵母属(Saccharomyces)种酿酒酵母(S.cerevisiae)1996年4月，在国际互联网的公共数据库中公布了酿酒酵母的完整基因组顺序，它被称为遗传学上的里程碑。首先，这是人们第一次获得真核生物基因组的完整核苷酸序列；其次，这是人们第一次获得一种易于操作的实验生物系统的完整基因组。酵母菌的生物特性：酵母的细胞有两种生活形态，单倍体和二倍体。单倍体的生活史较简单，通过有丝分裂繁殖。在环境压力较大时通常则死亡。二倍体细胞（酵母的优势形态）也通过简单的有丝分裂繁殖，但在外界条件不佳时能够进入减数分裂，生成一系列单倍体的孢子。单倍体可以交配，重新形成二倍体。酵母有两种交配类型，称作a和α，是一种原始的性别分化，因此很有研究价值。酿酒酵母的基因组包含大约1200万碱基对，分成16组染色体，共有6275个基因，其中可能约有5800个真正具有功能。据估计其基因约有23%与人类同源酿酒酵母与同为真核生物的动物和植物细胞具有很多相同的结构，又容易培养酵母作为模式生物的优势：（1）.酵母是一种单细胞生物，能够在基本培养基上生长，使得实验者能够通过改变物理或化学环境完全控制其生长（2）.酵母在单倍体和二倍体的状态下均能生长，并能在实验条件下较为方便地控制单倍体和二倍体之间的相互转换，对其基因功能的研究十分有利（3）.酵母的生命周期很适合经典的遗传学分析，使得在酵母16条染色体上构建精细的遗传图谱成为可能