模型动物秀丽隐杆线虫研究进展.pdf

1、翌塑翌兰皇塑竺垦兰!蔓舅臣誊墨曩备童曼!望苎!查苎!塑!：垦苎!塑!模翟动物秀丽隐杆线虫研究进展刘恩岐、仓韩让2西安交通大学医学院实验动物中心，陕西西安7 1 0 0 6 1；2 冈山大学医学部附属动物实验中心日本)囊蘸孽穗t 羲鬟i 鳃囊强豁j 囊麟疆囊麟i 溪麟燃囊缫粼麟戮i 鍪1 9 6 3 年，英国的Br t：n n e r 发现秀丽隐杆线虫成虫细胞数量不多功能也水复杂，身体透明，可以在显微镜下观察细胞的分裂过程，是研究发育生物学和神经生物学理想的模型动物。1 9 7 4 年B r e n n e r 发现用乙基甲烷磺酸盐(E t h v I m a t h a n e s u l f

2、 o m t e，E M S)可诱导秀丽隐杆线虫特异的基因突变”1。这种将基因分析与存显微镜下观察细胞分裂相结合的研究方法引发了B r e n n e r 等在这一领域的一系列熏太发现，并成为后来的许多相关发现的基础。目前，秀丽隐杆线虫儿乎应用到从胚胎发育学到老年学等各个生物学研究领域，其中最杰出的成果是，B r 即n e r 和I o i r z、s u l m o n 对器官发育及程序性细胞死亡(P m g m m m e dc e 儿D e a t h)基因调控机制的研究三人因此获得了2 0 0 2 年度诺贝尔生理学或医学奖”。2 0 0 3 年8 月初，利用“P I l I，M e d

3、”生物医学数据库检索“C e j e 鼬n s”查到相关论文58 9 8 篇。根据网上检索的资料估计，全世界有近2 0 0 家研究机构，正在利用秀丽隐杆线虫进行科学研究(h I t p：e l e g a n s s w m e de d u w o 邢j a b 8)。1 生物学特性秀丽隐杆线虫的学名名为C a e n o r h a b d i t i se l e 鼬n s 简称ce l e g a n s。属于线形动物门、线虫纲动物。秀丽隐杆线虫本身和自然状态下与人类的关系不大，它生活在世界各地的泥土、t，囊，蕾_ 一蔓一蔓一蔓蔓，生，o 壹，I 壹一 鼻一，t，作者简介：刘恩岐，男副

4、教授1 9 6 5 卑生，陕西岐山人。毕业于北京农业土学，现从事比较医学研兜。收稿日期：2 0 0 3 0 7 一l0中以细菌为食，容易人工养殖，对人、动物和植物没有危害。秀丽隐杆线虫非常小，成虫只有lm m 左右。从一个受精卵开始，经过细胞分裂、增殖，形成较复杂的组织和器官系统如皮肤、肌肉、消化、神经、繁殖等。秀丽隐杆线虫还能感知气味和味道，对光线、温度有反应，它通身透明，在发育过程中，很容易在显微镜下对细胞和组织进行跟踪观察“。秀丽隐杆线虫的一只成虫可以生产出表型各异的3 0 0 3 5 0 个后代。从卵到成虫只有3 5d，寿命约2 周3 周，非常适合实验室进行生物学研究。在发育过程中，秀

5、丽隐杆线虫共生成10 9 0 个细胞，其中1 3 1 个将会死亡，所以野生型秀丽隐杆线虫成虫有9 5 9 个细胞，并且每个细胞的位置固定不变。秀丽隐杆线虫有5 对常染色体和1 对性染色体。它有两种性别：雌雄同体和雄性。雌雄葡体可以自我繁殖，也可以与雄性交配繁殖。自我繁殖的大多是雌雄同体，与雄性交配的后代，5 0 是雄雄同体，5 0 是雄性。可j 三l A 为控制繁殖方式，获得理想表型。秀丽隐杆线虫有很多突变体，有些突变在显微镜下很容易观察到(如，与运动有关的突变)。秀丽隐杆线虫低温冷冻保存的技术，可以将大量野生型、突变型的秀丽隐杆线虫品系保存起来川。1 9 8 8 年，人们对秀丽隐杆线虫每个细

6、胞的起源已经完全清楚，使得在多细胞生命体内研究一个完整无缺的单个细胞的发育和形态成为现实，对确定基因如何影响细胞的发育提供了一个重要的研究工具“。1 9 9 8 年，秀丽酶杆线虫的基因组序列测定完成，准确率达9 9，剩下1 的缺口也于2 0 0 2 年1 0 月完成。秀丽隐杆线【7J 傅明辉，采蚺哲，许素斌亨氏马尾藻多糖的分离、纯化和鉴定 J 中国生化药物杂志，2 0 0 0 2 1(2)：6 6 6 8 8 陈绍瑗，莫为民，潘远江，等海洋药物研究羊栖菜多糖 J 兰州大学学报，1 9 9 8 3 4(4)：1 1 0 _ 1 1 3 9 王学琦齐汝斌，张尔贤鼠尾藻多糖对人粒细胞超氧阴离子自由基

7、释放的影响 J 中国海洋药物，1 9 9 2 1 l(2)：4 6 1 0】卢睿春，侯振建，刘婉乔亨氏马尾藻硫酸多糖抗肿瘤活性的研究 J 海洋科学，1 9 9 8，(3)：6 3 6 4T kR d 州ds 明p 蛐P 岍!：b I l。讨e诵mhV i h 口M 曲t i 蛆自n d 批婶0 f n 豳O，I eW e nG u o 一 kR 卜B a”gs KD h u nL uF e“E _ h l l aW e iJ”g m iW a“gs h i c h“g(A n i mr e p r o d u c l i o ni n 9 t i t u l eo fG u 鲫铲iU 1 v

8、e H i y 6 u a o 野iN a 蛐i 5 3 0 0 0 5)b l 响喊：T h l s 坤煳hw 曲c a 耐e do u 枷s t u d vt h e e f f；呲o fR 8|g a s s u mp d y s a c c h m i d e 佣i nv i 咖m a 山m t i o n0 fp o r c m e：t e s Io n e丑h o ww I 呦p o r c i n e0 0。y kc I l l t u 兀di nv i t f o r4 6 h 一4 8h，8 a r g 蚰蛐m l p 耻c h 耐d ei nn 谢u 陀m d i u mb

9、 e n e 血小ee 蚍e n 酊0 no fc u m u l u s c e l l 8，2 0m l n Is n。9 4 瞄啪州y 靴c d eb e n e f j ti nv i t mm a t u 叫i。n I n 把nt 啪，c o n p a d“gw i l hc 蚰t m lg m u p，5m 咖la n d2 0 州m l 阻。目明删叫y 鲫c h 虮d ei t h el i v R b i l i y0 fp o r c i n eo o c”ea【d 町1 6 t 1 1 ed i 腩括9 i 一矗c a n lX 町_ 呻d-：p o K i n。；0 0

10、 c”。；B 甜g 岵5 岫P 0 l y 8 一h“d。；i nv i t r 0I I I a t u m t i：l i v 丑b i l 叶一电子件：a n i m a b c i e n c e c h m ac O mh u i h u 川v。h d f f n 日m m2 3 万方数据虫基因组大小为97 x 1 0 7 碱基，大约是大肠杆菌基因组的2 0倍，人类的l 3 0。编码序列占整个基因组的2 7，半均每个基嘲有5 个内含子。基因组序列4 0 与人类同源”1。秀丽隐杆线虫是人炎第一次完成的多细胞动物基因组序列澳0 定的动物，为后来测定果蝇、人娄和小鼠等基埘组序列提供r 基因

11、技术实践和完善的机会，为科学家研究蔗因组的功能提供r 一个强有力的1 一具。秀丽隐杆线虫、果蝇、小鼠基因组测序是人类基固组计訇I的审要组成部分，访问h t l p：w w ws a“g e L a c I I k P m j e c 协ct，l e g a n 可以r 解秀丽隐杆线虫基因组洋细资料。秀丽隐杆线虫是多细胞动物，从卵发育到成虫的过程，在某种程度上，与人类有相似性，是研究人类疾病极具吸引力的模型动物之一。高级显微镜技术、抗体技术、激光技术的进步，以及不断发展的基因技术可“让研究人员可以非常方便的操作秀丽隐杆线虫的基因，又将其膻用向前推进r 一大步。2 在教学中的应用人T 饲养和繁殖是

12、秀丽隐杆线虫进人教学的第一步，在饲养中学肇可以观察动物的行为，因为秀丽隐杆线虫的行为具有多样性。秀丽隐杆线虫的味觉、嗅觉、对光线和温度的反应，可以成为学生研究行为学优秀的实验有机体。秀丽隐杆线虫极为丰富的遗传资源也是它作为教学模型吸引学生的地方之一。在秀丽隐杆线虫身上，很容易获得理想的突变性状。如，运动缺陷的秀舳隐杆线虫，可以被用作肌肉生理学教学或让学生理解突变怎样影响线虫的表型。很多诱变剂(如，E M S)可以用来诱发秀丽隐杆线虫突变，获得理想的突变体用于遗传学教学。研究秀丽隐杆线虫基因功能时，可以将绿色荧光蛋白(G r e e nF I l l I)豫s c e n t h t e i n

13、)作为报告基因与目的基用融合，导 到线虫体内通过在显微镜下观察绿色荧光蛋白发出的荧光，川以推断与之紧密相连的目的基因袁选的时间、表达的部位和表达数量的多少，用在教学中，非常直观。3 研究应用进展秀丽隐杆线虫从幼虫发育到成虫过程中，有1 3 1 个细胞发生释序性死亡，也称凋亡(A p o p t o s i 8)，是细胞一种生理性、主动性的自杀行为。通过对秀丽隐杆线虫的研究，科学家最重要的发现是确定了调节器官发育和细胞程序性死亡的关键性基因，并证明这些基因也存在于高等动物(包括人类)中。这些发现开启了探究人体细胞分化和演变的人门，并对很多疾病发病机制的研究产生了深远的影响”J。B 他r l 耻r

14、 选择秀丽隐杆线虫作为实验生物模型，开创r 一个全新的领域。他把基因分析和细胞分化、演变及器官发育联系起来，并能通过显微镜直接观察研究细胞分化。s u l s t o n 等拓展了B M n e r 等利用线虫的研究工作，发展了徉线虫模型中研究所有细胞分裂的技术。从2 0 世纪6 0年代来，s u】s t o n 就开始追踪秀丽隐杆线虫组织发育过程中每一-个细胞的分裂和分化廿程，用此技术他完成了从受精卵直到成体的9 5 9 个细胞的系统研究，描述了发育中韵神经系统的部分细胞谱系，绘制出了秀丽隐杆线虫细胞潜系”3 ns u l sL o n 等指出细胞谱系是固定不变的，即每一个秀丽隐杆线虫都要经

15、历相同的程序性细胞分裂和分化过程。在这衅研究的基础，s u l 8 t o n 等发现细胞谱系中的一些特异细胞韵死亡总是按照一定程序进行的，而这过孵在生物机体中是能够被调控的。s u l s t o n 等描述了细胞死亡过程的可视性步骤，和其他人共同发现了参与程序性细胞死亡的早期基因突变阻1“、，秀丽隐杆线虫为研究程序性细胞死亡奠定r 重要基础。在秀丽隐杆线虫身上，H o r v 池等首次发现了基因调控的程序性细胞死亡的存在。H“t z 等确认r 最早期的两个真正的“死亡基因”c e d 一3 和c e d 一4，并指出功能性的(-e(I 一3 和c e d 一4基因是发生细胞死亡二的前提“。

16、3。此后，他们提出，另一个基崮c e d _ 9 与c e d 一4 和c e d 一3 相互作用防J 卜细胞死亡，发现启动或促进细胞死亡的基因和抑制细胞死亡的基因相互作用精确的调控着细胞发静的进程。还发现线粒体也是调节程序性细胞死亡的关键所在控制程序性细胞死亡的基因编码的蛋白质，通过调节线粒体膜的通透性来决定细胞死亡的程序1“。H 呲t z 等的发现为确认人类基因组中存在的具有相似功能的相关基因提供了重要依据。现在知道的秀丽隐杆线虫中大多数参与程序性细胞死亡的基因，在人菱基因组中都有其相对应的基因“】。H o 丌i t z 和s c h n a b e l 等最新发现了吞噬作用(P h 昭v

17、 t o s i s)与程序性细胞死亡的关系。如果秀丽隐杆线虫体内与吞噬作用有关的基冈c e d l，c e d 一2，c e d 一5，c e d 一6，c e d 一7，c e d 一1 0 及c e d 一1 2 产牛突变，濒死细胞便有可能死里逃生。因此，濒此细胞周围的吞噬细胞不仪被动清除死亡细胞，而且可能促成主动细胞死亡“。”1。由于秀丽隐杆线虫与脊椎动物(包括人类)细胞死亡途径十分相似，吞噬作用在临床医学应用卜可能起重要作用。对程序性细胞死亡的认识推进了我们对于一些疾病发病机制的理解，调控程序性细胞死亡的功能缺陷所导致的疾病大体可分为两类，一类是由细胞病理性丢失过多所致，如，中风、心

18、肌梗死、神经退行性疾病和殳滋病；另类则是南十清除有害细胞的机能受损所造成的，包括癌症和自身免疫性疾病。对疾病本质的深刻认识自然台为疾病的治疗提供启示。2 0 0 1 年5 月，获得美国F 1)A 批准的药物G l e e v e c 成功用于治疗慢性粒细胞性白血病，这是目前唯一能特异杀伤肿瘤细胞的药物也是治疗效果最好的药物，连续服用C l e e v e c l 4个月后，6 8 的病人榆测不到白血病(h t t p：w w w c a n c e ro r g d o c r o o I h o m e i n d e xa s p)。G l e e v e c 的研发完全基于对程序性细胞死

19、f 及其信号转导机制的研究，成为开发治疗肿瘤药物的一个蚺范。H 前一些国家的科学家已开始利用程序性细胞死亡的机理，开发治疗多种恶性肿瘤的新方法。可以预见，在不久的将来，南于使用秀丽隐杆线虫开创的程序性细胞死亡机理的研究，将可能在攻克癌症和芟滋病方面发挥重要作用。电话0 1 0 6 2 8 1 5 6 5 76 2 8 9 6 2 3 56 2 8 1 9 3 9 5传真0 1 0 一6 2 8 1 9 5 4 62 4 万方数据黧竺翌兰皇垄竺苎兰!蔓璺冒臣重壁!望苎!查箜!塑!一垦苎!塑!圄鲤矧：蕊继困圊鲤：圃国周情刘文忠山西农业大学动物科技学院，山西太咎0 8 0 j)：自；囊舔，攫i s

20、l j 蔫i；囊蘩簿篷，獯i t、i 蓑囊黪囊i l i i 1 3 壤麴l l i 骢9 i 妻蓁塑：黪、摘要：基固打靶技术是通过将外潭D N A 的同辑序列和活细胞内的染色体D N A 发生同源重组，达到定点惨怖染色体上某一特定基因的一种守子生物学技术。它克隆技术的结台发展为畜牧生产中的动物育种工作开辟7 广阔的前景，为人类带来里多、里好的食物和药物，人类健康将获得要好的保障。关键词：基因打靶；应用1 9 9 7 年2 月英国R o s l i n 研究所的w i l m u t 等人利用绵羊乳腺细胞进行核移植，成功地获得r 一只名叫“D o l l v”的雌性小绵羊，便动物克隆技术进入了

21、一个划时代的阶段。自此，哺乳动物体细胞具有全能性这一科学事实被证明。基因打靶技术，叉称为基因靶位操作，是2 0 世纪8 0 年代发展起来的一项重要的分子牛物学技术，它是通过基因重组的原理，用外源性D N A 定点修饰改造染色体基因的技术它为揭示某一基因在动物整体水平所表现的功能提供了有利的工具。t 寞叠一复一生叠壹、，、一一一一一一女，点蔓曳生一生一点，收稿日期：2 0 0 3O72 61 基因打靶技术基因打靶是一项高新生物技术，是在牛物体内诱发精确、定向的基园删除或替代，而不累及其它基因。它能使人们按照设计对哺乳动物细胞基因组进行定位、定量的改变，从而改变细胞或整体的遗传结构和特征。目前，基

22、因打靶已经被证明为精确修饰基因组比较有效的方法。同时，基因打靶是基因同源重组技术的一种，就是利用同源重组的原理，用外源性D N A定点修饰改造染色体目的基因的方法。以转基因动物的发展和利用为契机，发展了多种基因打靶策略，为家畜遗传改良、人类疾病动物模型的建立和正在起步的人类基因治疗打下坚实的基础。参考文献 1 R i d【u eD，B 1 愀r l t h a lT M e y 8 rB，e tde l e g a n sI L1 9 9 7，c o l dS p n n gH a r h o rh b o r a f o qP r e 9 B，N 洲Y o r k【2J B e rsn eg

23、 帅e t i fc a e n o r h a b d 雠d e 辨n s J G e n e t w 5，1 9 7 4 7 7(1)：7 1 9 4 3 M 姒JN 曲e l 腑z ei P h y s i o I o g yo rM e d 油l e：盯”yw 哪nh k e sas h rh J “，2 0 0 2，(2 9 8)：5 2 6【4 K e”y ncT hN e m H 词ec a e n o r b 吐d i t i Be l e g 蚰sfJ s c i，1 9 8 8(2 4 0)：1 4 4 8 一1 4 5 2f 5 1 n ece l e g B n ss

24、e q 啪c i“gc o n l u m es e q u e nE、e 廿t hN t ece k g a n s：AP 1 a t f o 肿f o rI t i 9 8 t l n gB i o l o 盯 J S m，1 9 9 8，但8 2)：2 0 1 2 2 0】86 M o h l c rW A，W h i t eJ Gs t 种4 一D 姗n s t n J c t l da I l i m a I i o nf m ml i v 咄n u o r e 6 c e m8 p e c i m e n sf J B i 帆h n i q u e s，1 9 9 8，2 4(6)

25、：1 0 0 6 1 0 1 0【7 s u l s【nJ E，H u H mH RP o s t e r l l l)w o n i c 艚l ll i n e a g 洲ft hn 洲a f o d e，c o r h a b d 山se 1 8 9 a“s J D e vB l o l，1 9 7 7，5 6(1)：1 1 0 一1 5 6 8 l s h mJ，l k wM B 删肥rn e|m t o d eC n 砷a b d m Be l e 目蚍自【J 2 2 6s D U p m n h 画删sl n 山eC 加单N 咖m I 1 9 7 5，1 6 3(2)：2 1 5 一

26、 1 0 I c hD H，E 8s 砒v n a b kc e I j 砷吕l t】o n sa n dc e jc o n I a c t s1 m d e d l e m o p h o l o g i c a le v o l u t i，ft h er 3 y 自i nt h em d et 缸l so fn e m a t o d e sI e l a t e dt oC a e 帅m 曲d l t i se l e g 曲B 口D e vB i o l，1 9 9 5，(”O)：5“一5 8 21 l】E u i sH M，【o w i l zH RG e n e【i(=c o

27、n d0 fp r o g E 咖m e dc e l jd e a t hl nt h e n e m m o d ec e l e g a n s c e l l，1 9 8 6，2 8；“(6)：8 1 7 8 2 9 1 2 Y u 船，H(榭kH R T h ec a e“础且b d “sd e 静肼舻舯s 删j 一38 n d 嘴d 4a c tc e l la u t o n o m o l|s bt o c a u s eP m g 删dc e ud e m hD e vB l o I，1 9 9 0，1 3 8(1)：3 3 4 1 1 3 J o n 砒h a nHs 吼c

28、 e l lD e a l h ta n dt h RG e o fce l e 朗“s J C e l l，1 9 9 9。(9 8)：2 7 7 2 8 0 1 4 M e l z s l e l nM M，s t a 曲e l dc M，H o r 而zH RG 彻e t i c 90 fp m g r a m m e dc e d e a 山i nCe l e g a n s：p a s L，p n ta n df u t u r e J jT 畔n d sG e n e t，1 9 9 8；1 4(1 0)：4 1 0 4 1 6 1 5 R e d d i e nP W，c 唧唧s

29、，H o H 沁H R P h 8 磬删o B l 8 唧m 0 I e sp r 0 殍籼e dc d ld 朗l hi nc e l。g 臼上l s 口 N 砒m，2 0 0 0，(4 1 2)：1 9 8 2 0 2 1 6 w uY C，H o w i t zH RCe l。萨n 8p h a g o c y t o s i sa n dc e l l m i g r a f】0 np r o t e l nc E D 一51 s s i r n a rl oh nD O c K l 8 0 口N a【u 地，1 9 9 8，(3 9 2)：5 0 1 5 0 41 1 7】R e d

30、 d i e nP W。c 删啪S，H 洲t zH RP h a 9 0。y t o s i Bp m m m e s 9 Y 柚J Y，s h a is H，I xs，e ta LT h e ce 1 8 9 a n s c e l ld 朗t hP。o 卵。r n。dc e l l【l 州hmc 一。g a n s nN 山r e，2 0 0 1，(4 1 2)：1 9 8g e e d 一3 n d p“n 洲s l 舯m u 舢l n t e d e u k i n l B 一2 0 2 r d”g y m e J c P l!)9 3，(7 5)：6 4 l 一6 5 2气子邮件a

31、n l m a I s c l e n c e c h m a mh u l h u“n o t m a c O m2 5 万方数据模型动物-秀丽隐杆线虫研究进展模型动物-秀丽隐杆线虫研究进展作者：刘恩岐，仓林让作者单位：刘恩岐(西安交通大学医学院实验动物中心,陕西 西安 710061)，仓林让(冈山大学医学部附属动物实验中心,日本)刊名：动物科学与动物医学英文刊名：ANIMAL SCIENCE&VETERINARY MEDICINE年，卷(期)：2003，20(10)被引用次数：5次 参考文献(17条)参考文献(17条)1.Riddle D.BlumenthalT.Meyer B elega

32、ns 19972.Brenner S The genetics of Caenorhabditis elegans 1974(01)3.Marx J Nobel Prize in Physiology or Medicine:Tiny Worm Takes a Star Turn 2002(298)4.Kenyon C The Nematode Caenorbabditis elegans 1988(240)5.The C elegans Sequencing Consortium.Genome Sequence of the Nematode C.elegans:A Platform for

33、Investigating Biology 1998(282)6.Mohler WA.WhiteJG Stereo-4-D reconstruction and animation from living fluorescent specimens1998(06)7.Sulston JE.HorvitzHR Post-embryonic cell lineages of the nematode,Caenorhabditis elegans 1977(01)8.Sulston J.DewM.Brenner S Dopaminergic neurons in the nematode Caenorhabditis elegans 1975(02)9.Yan JY.ShaiSH.Ledoux S The C.elegans cell death gene ced-3 encodes a pro