实验室里的明星模式生物一一果蝇
实验室里的明星模式生物一一果蝇
人类利用果蝇研究生命奥秘有着悠久的历史。早在一百多年前,果蝇就走进了科学家的实验室。1901年,美国昆虫学家伍德沃思(C. W. Woodworth, 1865—1940 )最早把果蝇引进哈佛大学实验室,他的同事美国遗传学家卡斯尔(W.E. Castle, 1867—1962 )首次利用黑腹果蝇(Drosophila melanogaster )开展遗传学研究,引起了遗传学家摩尔根(T. H. Morgan, 1866—1945 )的浓厚兴趣。摩尔根于1907年在哥伦比亚大学建立著名的“蝇室”,并逐渐形成了一个大的果蝇遗传学研究中心。果蝇作为遗传学研究的经典模式生物,其研究历史已超过一个世纪。
果蝇属昆虫纲双翅目果蝇科果蝇属,体型较小,身长3~4 mm,广泛分布于全球温带和热带气候区,现已发现3 000多种。成虫常产卵在腐烂的果实表面,每只雌蝇产卵量为200-700个, 卵经1 d即可孵化成幼虫。幼虫多以腐烂果实上的酵母菌、真菌为食,少数以树液或花粉为食。果蝇的生活周期一般较短,完成一个世代所需的时间,视种类和生态环境而异。果蝇由卵发育为成虫大体经过卵、幼虫、蛹和成虫4个阶段,属完全变态发育。
黑腹果蝇是实验室里最重要的模式生物之一。它具有许多其他模式动物无法比拟的优势:个 体小,繁殖快,容易饲养,雌雄易区分;染色体数目少,基因组小,只有4对染色体,且形态、 大小等均有明显差异;易于遗传学操作。幼虫的唾腺细胞中含有巨大的多线染色体,比一般细胞染色体大百余倍,其上分布着深浅不同、粗细各异的横纹,可用于研究染色体变异的各种遗传学效应。果蝇基因突变的类型多,如眼色、翅形、体色、刚毛等性状都有多种变异,为遗传学研究提供了丰富的材料。果蝇胚胎发育速度快,易于观察,是研究胚胎发育调控机制的绝佳材料。果 蝇的神经系统比人类的简单得多,但同样能完成比较复杂的行为,如觅食、飞行、求偶、交配、 学习、记忆以及调节昼夜节律等。因此,研究果蝇神经系统及其对行为的控制机制,为进一步阐明基因一神经(脑)一行为之间的关系提供了理想的动物模型。2000年3月,黑腹果蝇全基因组测序工作基木完成,编码蛋白质的基因有1.3万多个,其中约一半与哺乳动物编码蛋白质的基因具有较高的同源性,大约75%的人类疾病基因在果蝇中都能找到同源基因。因此,利用果蝇作为研究人类疾病的动物模型具有重要意义,可用于肿瘤、神经退行性疾病(如帕金森病、老年痴呆症)和代谢性疾病(如糖尿病)等发病机制的研究。
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