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模式生物线虫:线虫(C.elegans)的发育模式 BIOX.CN 2005-7-7 11:05:01 来源:生命经纬 通过对果蝇和线虫(C.elegans)两种无脊椎动物的研究提示了半数动物发育的模式,搞清了其它一些生物中相似的发育问题。人们将特别关注至今搞清了哪些问题,其中哪些是应用遗传学来解决的。
人们也在思考从模型动物中获得的信息如何应用于其它系统。发育生物学面临的主要挑战是要破译动物形态建成的分子密码,此涉及胚胎发育的早期阶段。
发育生物学已从线虫(C.elegans)和黑腹果蝇的研究中获得了一定的信息。C.elegans的发育 C.elegans是一种很小的蠕虫,人们将它作为一种模式动物,其成体长仅1mm。
整个的生命周期仅3天。野生型线虫胚胎发育中细胞分裂和细胞系的形成具有高度的程序性,这样就便于对其发育进行遗传学分析。
一个成体的蠕虫仅由959个细胞组成。由一个受精卵发育成为成熟的成体只要二天多一点(25℃时需52小时)。
从卵到成体每个细胞的命运以及它们沿着一定的程序,在特定时间的分裂和迁移都已搞得十分清楚。C.elegans有很多有趣的特点,它是一个染色体数很少的二倍体,2n=12(有一对性染色体和5对常染色体),其基因组也很小,仅有8*107bp,约为人类基因组的3%,约有13,500个基因。
在真核生物中基因都是产生单顺反子mRNA,但唯有C.elegans与原核相似,有25%左右的基因产生多顺反子mRNA(Polycistronic mRNA),此和它们通过反式剪接使下游基因的到表达有关。还有一个特点是其基因组中非重复序列很高,达到83%,而高等的真核生物都在50%以下,E.coli为100%,看来C.elegans在这些特点上都较接近原核生物,这也反映其在进化中的地位点较为原始。
这种蠕虫大部分是XX型,是可以自体受精的两性体(hermaphrodites)大约每500个蠕虫有1个是XO 型的雄体,此是染色体不分离的结果。就像植物中的自花受粉一样,若有突变发生,两性体自体受精易使突变基因纯合。
而互交至少要到第三代才可能出现隐性突变基因的纯合体。C.elegans的生活周期有一个在卵中的胚胎发育阶段,4个幼虫阶段和一个成虫阶段。
在受精后,前五次分裂中已建立了前后轴和背腹轴。胚胎中分裂产生的6个细胞(AB,MS,E,C,D和P4)已为幼虫中的6个主要的细胞系统提供了前体,此细胞分裂的模式对于任何一条蠕虫来说都是如此。
由于细胞分裂的“计划”决定了各种细胞在胚轴中的位置。所以细胞的位置和移动都是一成不变的。
作为一个多细胞的胚是具有三维形态结构的。是什么决定三维结构中每一个细胞的命运呢?可能是细胞的位置决定了这种拓扑学的蓝图,或者是内部存在着一种对相邻细胞作出反应的能力。
在C.elegans从受精卵到幼虫、成虫,完整细胞系的建立是通过细胞按预定的模式分裂和迁移才得以实现的。若从第一次分裂开始,杀死某些细胞,存活下来的其它细胞是不能完全取代它们的,它们发育的模式是不变的。
因为分裂的过程是按“计划”进行,因此细胞的命运也是事先就已确定好了的。L1幼虫含有558个核,当发育成具两性的成虫时具有959个体细胞核(这儿指的核是因为有的细胞是“合胞体”(syncytial)或多核细胞)将要形成成体结构的胚胎细胞叫做母细胞(blast cells),可以通过细胞系树来描述它们产生的后裔。
E细胞系在胚期产生20个细胞以后分化为肠,其后裔从咽到尾列成一排。从细胞树我们可以看出每个细胞的空间位置,以及它们的来龙去脉。
C.elegans存在着时序调控(chronogenes),Lin-14就是时序调控基因。若发生突变,幼虫会产生二次额外蜕皮,另一种突变型使表皮发育延迟,结果线虫已发育成熟,但其表皮仍停留在幼虫阶段。
Lin-14 (o) 突变型是隐性突变,突变体多蜕一次皮,使其幼虫期产生成熟表皮;另一种突变型(lin-14 (d) )是显性突变,突变体少蜕一次皮,使成虫带有幼虫的表皮。这种决定基因表达的时空模式的基因称异时基因(heterochronic)它们和同源异形基因(homeoticgenes)相类似。
新种的进化往往来自这些基因的突变。Lin-14基因又受到lin4基因的调节,这种调节是以反义RNA的形成来调节的。
lin4编码2个小分子RNA,仅有22和61nt,它们的未端位点不同,它们可以和lin-14 RNA 3'端7次重复的10nt的序列互补,关闭了lin14的表达,机理尚不清楚。
发育生物学(developmental biology)是一门研究生物体从精子和卵子发生、受精、发育、生长到衰老、死亡规律的科学。
发育生物学是生物科学重要的基础分支学科之一,研究内容和许多学科内容相互渗透、相互联系,特别是和遗传学、细胞生物学、分子生物学的关系最为紧密。其应用现代科学技术和方法,从分子水平、亚显微水平和细胞水平来研究分析生物体的过程及其机理。
用分子生物学、细胞生物学的方法研究个体发育机制的学科。 是由实验胚胎学发展起来的。实验胚胎学是研究发育中的胚胎各部分间的相互关系及其性质,如何相互影响,发育生物学则是追究这种相互关系的实质是什么,是什么物质(或哪些物质)在起作用,起作用的物质怎样使胚胎细胞向一定方向分化,分化中的细胞如何构成组织或器官,以保证组织和器官的发育,正常发育的胚胎怎样生长、成熟、成为成长的个体,后者在发育到一定阶段后为什么逐步走向衰老,如何在规定的时间和空间的顺序下完成个体的全部发育。
发育生物学(developmental biology)是一门研究生物体从精子和卵子发生、受精、发育、生长到衰老、死亡规律的科学。
发育生物学是生物科学重要的基础分支学科之一,研究内容和许多学科内容相互渗透、相互联系,特别是和遗传学、细胞生物学、分子生物学的关系最为紧密。其应用现代科学技术和方法,从分子水平、亚显微水平和细胞水平来研究分析生物体的过程及其机理。
用分子生物学、细胞生物学的方法研究个体发育机制的学科。 是由实验胚胎学发展起来的。实验胚胎学是研究发育中的胚胎各部分间的相互关系及其性质,如何相互影响,发育生物学则是追究这种相互关系的实质是什么,是什么物质(或哪些物质)在起作用,起作用的物质怎样使胚胎细胞向一定方向分化,分化中的细胞如何构成组织或器官,以保证组织和器官的发育,正常发育的胚胎怎样生长、成熟、成为成长的个体,后者在发育到一定阶段后为什么逐步走向衰老,如何在规定的时间和空间的顺序下完成个体的全部发育。
发育生物学(developmental
biology)是生物科学重要的基础分支学科之一,研究内容是和许多其他学科内容相互渗透、错综联系,特别是和遗传学、细胞生物学、分子生物学的关系最为紧密。其应用现代科学技术和方法,从分子水平、亚显微水平和细胞水平来研究分析生物体从精子和卵的发生、受精、发育、生长直至衰老死亡的过程及其机理。
意义:
发育生物学的研究使人们了解到,脊椎动物中,不论是低等的卵生的或高等的胎生的,发育的原则是一致的,即使存在着一些乍看起来颇为悬殊的差别。
凡是与发育有关的生产实践中的技术问题都是随着发育生物学工作的深入而得到解决的。最浅显的例子是关于经济动物的繁育,用低温可以长期保存精子,利于长途运输;早期胚胎也可贮存,进行异体移植,而且被移植的胚胎不受寄母的遗传条件的影响。这些在家畜已见实效的措施在人类也逐渐成为可行的(例如试管婴儿)。
此外,由于发育的基本原则也适用于人类,研究人类自身的发育机制谋求人类的康泰,这本身就具有很大的实际意义。①控制人口和优生,只有对于生殖细胞的形成、排卵、受精等一系列过程有更深入的了解才能采取更安全更有效的避孕措施。人类的畸形可能来自遗传的、药物的影响等种种原因,但都是在发育过程中出现的,都要从发育的角度了解才能预防。②癌症实际上是异常的细胞分化,对癌的控制需要对正常的生长和分化过程有深入的了解。③衰老实际上是发育的一个方面或一个阶段,对衰老过程的理解,依赖于对全部生命过程中细胞、组织以至机体生长的认识,在这基础上才能控制衰老。
有哪些基本的生物学常识
生物科学专业
生物科学是从分子、细胞、机体乃至生态系统等不同层次研究生命现象的本质、生物的起源进化、遗传变异、生长发育等生命活动规律的科学。本专业学生主要学习生物科学方面的基本理论、基本知识,接受基础研究和应用基础研究方面的科学思维和科学研究训练,具有较好的科学素养及一定的教学和科研能力。培养具有扎实的生物科学理论基础,掌握本学科的基本理论和基本技能,具有一定的科学研究能力和创新精神的专门人才。
主要专业课程有:动物生物学、植物生物学、生物化学、细胞生物学、微生物学、遗传学、分子生物学、生态学、生理学、植物生理学、基因组学、生物信息学、生物统计学、发育生物学、神经生物学、结构生物学等。
生物技术专业:
生物技术是一门包括基因工程、细胞工程、微生物工程、酶工程、生化工程等领域的综合性学科。这一学科强调应用生物学的现代知识和技术,以获得产品或服务为目的,进行各种生物资源包括生物分子资源的开发、利用、研究,发展可能产业化的生物工艺。这一学科在医药、农牧渔、化工、环境、能源及军事上都展现了广阔的应用前景。
该专业坚持基础理论与开发应用研究并重,结合华南地区特点,着重向医药生物技术、微生物工程与资源微生物学以及农业生物技术方向发展。
该专业特别注重学生能力和素质的培养,使学生具有较好的外语和计算机基础,并且具备广泛、坚实的生物化学鱼与分子生物学、微生物学、细胞生物学、遗传学、现代生物技术等方面的基本理论知识和实验技能,能够适应新世纪科学及经济建设发展的需要。
学生毕业后相当一部分能进入国内外的研究生院攻读硕士和博士学位课程,其他可从事基因工程、细胞工程、酶工程、微生物工程、生化制备、环保工程及食品饮料、氨基酸、抗生素、有机酸、酶制剂等产品的研究开发工作,也能从事生化分析和微生物分析监测等工作。
生态学专业:
生态学是一门涉及生物与环境、生态规划与工程、环境评价、自然资源管理、生态与经济发展等领域的 该专业培养基础扎实、知识面广,具有从事基础与应用研究或管理能力的高层次人才。学生毕业后处课在国内外攻读硕士、博士学位外,还适合在高等学校、科研部门、政府机关、企业等单位和部门从事教学、科研或环境保护、城市规划、资源管理、商品检疫、食品、医药卫生等方面的管理或科技开发工作。
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