斑马鱼

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所属分类:生物信息学

一、概述

斑马鱼是生长在印度、巴基斯坦淡水河流中的一种硬骨鱼(鲤鱼),成年鱼全身仅长4-5厘米,因全身横向分布着一道一道褐色的斑马线而得名。斑马鱼很容易在实验室饲养,一般3个月就可以达到生殖成熟期,雌鱼每次产卵200枚左右,一生可产卵数千枚,斑马鱼所产之卵经24小时即可胚胎发育成熟,仔鱼期只有1个月。

更独特的是,斑马鱼的卵是透明的,整个胚胎发育在体外完成,也是透明的,这就使得人们不仅可以很容易得到胚胎,而且还可以在显微镜下直接观察斑马鱼胚胎发育的过程,不仅可作为脊椎动物模型来研究脊椎动物的胚胎发育过程,还是一种可用于人类疾病的研究的模式 生物 。

二、斑马鱼成为模式 生物 的历史

斑马鱼作为模式生物仅有20多年的历史,最早将斑马鱼作为模式生物研究的是美国Oregon大学已故的著名遗传学家George Streisinger,其标志为1981年他在《Nature》杂志上所发表的关于斑马鱼人工雌核发育的研究的论文。从此,斑马鱼开始引起人们的关注。1994年,以“斑马鱼发育和遗传”为主题的会议在冷泉港召开。1996年,著名的《Development》杂志上发表了一系列与斑马鱼各系统组织 (心血管、脊索、脑等 )发育的突变体有关研究的报告,从而揭开了斑马鱼用于基因、基因组学组、脊椎动物发育以及人类疾病研究的序幕。2002年5月,《Science》杂志又刊出了一期有关斑马鱼的研究专辑,标志这一斑马鱼为模式生物的研究进入到一个新的阶段。

三、模式生物斑马鱼的应用

斑马鱼在工业实验室中常被用作毒理学检验,是国际标准化组织推荐的五种实验鱼种之一。但随着对斑马鱼的进一步了解,其作为模式生物在生命科学以及医学研究中的作用正在崛起。

  • 以斑马鱼为模型研究目的基因在脊椎动物中的表达和功能

利用斑马鱼胚胎透明的特点,构建绿色荧光蛋白(GFP)与内源性靶蛋白的融合蛋白,通过观察融合蛋白的荧光分布情况,借以确定目的基因或目的蛋白的功能和表达特点。同时,还可通过检测绿色荧光的分布,监测外源蛋白的表达在斑马鱼中的表达与分布情况。

  • 斑马鱼与免疫学研究

斑马鱼作为免疫学新模式生物的优点在于:

(1)与传统的免疫学模式生物 —— 小鼠相比,斑马鱼有体型小,子代数量多,培育要求低,易于养殖,饲养成本低,便于开展大规模研究。

(2)斑马鱼个体发育过程是在全透明状态下完成,使得整个心血管系统的发育过程能十分完整的被观察。特别是免疫系统个体发育的相关资料,是无法从小鼠上所进行的实验中轻易获得的。

(3)先期对斑马鱼的遗传学研究积累的丰富突变库也为研究免疫相关基因的功能提供了条件。(4)在目前已知生物中,鱼类是最早具备获得性免疫系统的纲。这就使得对斑马鱼免疫系统的研究成为人们了解非特异性免疫系统和获得性免疫系统进化与功能相互关系的重要工具。这个独特的免疫系统进化地位还赋予了斑马鱼作为免疫学研究模式生物的另一重要优势,即其成体可以在没有胸腺、淋巴细胞生成的情况下存活传代,这又是小鼠模型无法比拟的。

1999年,Herbomel等在观察斑马鱼的巨噬细胞个体发育时发现,处于胚胎发育早期的斑马鱼巨噬细胞就具有对外源微生物大肠杆菌高效吞噬的能力。在受精30小时后,胚胎巨噬细胞就已经可以吞噬清除血液内和局部组织中的外源微生物。当给非血液系统中注射大肠杆菌后,5小时后即可在局部被斑马鱼巨噬细胞清除,且此时除了感染局部的30 —— 50个活化巨噬细胞外,血液中未接触病原体的巨噬细胞也同样表现出活化特性,这提示斑马鱼体内可能还存在与哺乳动物相类似的 细胞因子 或 趋化因子 系统。

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