1 模式生物的研究歷史
早期的生命科學(xué)研究，人們總是用一些常見的生物作為材料，所用生物就是研究的目的，并沒有模式生物的概念。隨著科學(xué)的發(fā)展，有關(guān)生命的知識(shí)越來越多，急需將這些凌亂的知識(shí)有系統(tǒng)的進(jìn)行整理，全面的理解生命的整體過程。但同時(shí)，人們的精力是有限的，不可能將所有的生物均一一研究，這是一些有代表性的生物就被選擇出來進(jìn)行研究，這是模式生物出現(xiàn)的原動(dòng)力。同時(shí)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中，因?yàn)閭惱韱栴}，一些試驗(yàn)不可能用人來作為試驗(yàn)材料，而不得不尋找可靠的替代物，這是模式生物出現(xiàn)的另一個(gè)推動(dòng)力。

1.1擬南芥的研究歷史
擬南芥（Arabidopsis thaliana）與白菜、油菜、甘藍(lán)等經(jīng)濟(jì)作物一樣屬于十字花科，其本身沒有明顯的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。歷史上對(duì)擬南芥的煙酒刻意追溯到16世紀(jì)，在1943年Laibach詳細(xì)闡述了擬南芥作為模式生物的優(yōu)勢(shì)，并促成了1965年在德國(guó)召開的一屆國(guó)際擬南芥會(huì)議。但真正作為模式生物進(jìn)行研究還是近20年的事。1986年，Meyerowitz實(shí)驗(yàn)室首次報(bào)道了對(duì)擬南芥一個(gè)基因的克隆（Chang C， 1986)，1988年發(fā)表了擬南芥基因組的首個(gè)RFLP圖譜，在此之后的幾年中，相繼報(bào)道了T－DNA插入突變基因的克隆、基于基因圖譜的基因克隆等。并在2000年完成了基因組全序列的測(cè)序工作（The Arabidopsis Genome Initiative. 2000），成為第一個(gè)被完整測(cè)序的植物。

1.2秀麗線蟲的研究歷史
秀麗隱桿線蟲（Caenorhabditis elegans）在當(dāng)今的生命科學(xué)研究中起著舉足輕重的作用。20世紀(jì)60年代，Brenner在確立了分子遺傳學(xué)的中心法則以后，為探索個(gè)體及神經(jīng)發(fā)育的遺傳機(jī)制，而最終選擇了秀麗線蟲這一比果蠅更簡(jiǎn)單的生物。并在1974年在Genetics上發(fā)表文章，在這篇文章中詳細(xì)描述了秀麗線蟲的突變體篩選、基因定位等遺傳操作方法（Brenner S. 1974）。為秀麗線蟲作為模式生物進(jìn)行個(gè)體發(fā)育的遺傳研究奠定了基礎(chǔ)。

1.3果蠅的研究歷史
黑腹果蠅（Drosophila melanogaster）屬于昆蟲綱的雙翅目，20世紀(jì)初Morgan選擇黑腹果蠅作為研究對(duì)象，建立了遺傳的染色體理論，奠定了經(jīng)典遺傳學(xué)的基礎(chǔ)并開創(chuàng)利用果蠅作為模式生物的先河。20世紀(jì)80年代以后針對(duì)果蠅的基因組操作取得重大進(jìn)展，并發(fā)展出一系列的有效技術(shù)。2000年，果蠅的全基因組測(cè)序基本完成，全基因組約165Mb（Wan Y Q， 2006）。

1.4斑馬魚的研究進(jìn)展
斑馬魚（Danio rerio）是屬于輻鰭亞綱鯉科短擔(dān)尼魚屬的一種硬骨魚。20世紀(jì)70年代美國(guó)遺傳學(xué)家George Streisinger注意到斑馬魚的優(yōu)點(diǎn)，并開始研究其養(yǎng)殖方法、胚胎發(fā)育等，并發(fā)展一些相關(guān)的遺傳學(xué)技術(shù)。并在Nature上發(fā)表了關(guān)于斑馬魚體外受精、單倍體誘導(dǎo)技術(shù)相關(guān)的論文（Streisinger G， 1981）。到20世紀(jì)90年代初，德國(guó)發(fā)育生物學(xué)家Christine Nusslein－Volhard以及美國(guó)哈佛大學(xué)的Wolfgang Driever博士的研究組同時(shí)開始對(duì)斑馬魚進(jìn)行大規(guī)�；瘜W(xué)誘變研究（Driever W， 1996）。

1.5小鼠的研究歷史
小鼠屬于哺育綱嚙齒母鼠科小鼠屬，目前在生物醫(yī)學(xué)研究領(lǐng)域廣泛使用的是小家鼠（mus musculus）。1902年哈佛大學(xué)的Castle在孟德爾遺傳學(xué)研究的影響下開始小鼠的遺傳學(xué)研究，并對(duì)小鼠的遺傳和基因變化進(jìn)行了系統(tǒng)的分析。1982年首次報(bào)道了攜帶有外源基因的轉(zhuǎn)基因鼠，1998年在克隆羊Dolly羊出生后1年，克隆小鼠在夏威夷誕生，2002年小鼠基因組全序列測(cè)序完成，從2005年開始，大規(guī)模的基因刪除研究開始在美國(guó)、歐盟和加拿大實(shí)施（Lin Z Y， 2006)。

2 模式生物的研究?jī)?yōu)勢(shì)
在所有的模式生物中，雖然在分類上差別很大，但也有著一些共同的特點(diǎn)。首先，這些生物都有著較強(qiáng)的適應(yīng)性，飼養(yǎng)簡(jiǎn)易，繁殖力較強(qiáng)，易于獲得大量的試驗(yàn)材料。其次，這些生物環(huán)境和人的身體健康都沒有較大的危害，不至于在試驗(yàn)中對(duì)實(shí)驗(yàn)人員和生態(tài)環(huán)境造成破壞。

2.1 秀麗線蟲的特殊優(yōu)勢(shì)
在自然條件下，秀麗線蟲是雌雄通體的，一生可以產(chǎn)生約300粒受精卵，可以快速大量繁殖。同時(shí)在自然條件或誘導(dǎo)下，可以產(chǎn)生雄性個(gè)體來進(jìn)行雜交實(shí)驗(yàn)，這一特征使得秀麗線蟲在遺傳學(xué)研究方面有著無可比擬的優(yōu)勢(shì)。另外，在秀麗線蟲的全部1090個(gè)細(xì)胞中，有131個(gè)細(xì)胞以一種不變的方式，在固定的發(fā)育時(shí)間和固定位置消失。秀麗線蟲數(shù)目一定的細(xì)胞個(gè)數(shù)以及固定的細(xì)胞凋亡，是決定秀麗線蟲在研究細(xì)胞凋亡方面地位的主要原因（Qin F S， 2006)。

2.2 果蠅的特殊優(yōu)勢(shì)
果蠅作為模式生物研究的優(yōu)勢(shì)，主要表現(xiàn)在生物學(xué)和技術(shù)兩個(gè)方面。在生物學(xué)方面，長(zhǎng)期的研究積累了很多關(guān)于果蠅的知識(shí)和信息，制備了大量的分布于數(shù)以千計(jì)的基因中的突變體。果蠅還有很多攜帶便于遺傳操作的表形標(biāo)記、分子標(biāo)記或其它標(biāo)記的特征染色體，這些工具使得進(jìn)行大規(guī)�；�因組篩選分離一系列可見或致死表型，甚至可以分離那些只在突變個(gè)體的第二或第三代才表現(xiàn)的表型。在技術(shù)上，在果蠅研究過程中發(fā)展的一些有效技術(shù)，現(xiàn)在還是只能應(yīng)用于果蠅，如：增強(qiáng)子陷阱技術(shù)、定點(diǎn)同源重組技術(shù)、雙組分異位基因表達(dá)系統(tǒng)、嵌合體分析技術(shù)及基因定點(diǎn)敲除技術(shù)等（Adams M D， 2002)。

2.3 斑馬魚的特殊優(yōu)勢(shì)
斑馬魚能夠成為模式生物，也有這它本身獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。在生物學(xué)上，斑馬魚體外受精，胚胎在體外發(fā)育并且透明，易于觀察和操作，受精卵直徑約1mm，便于進(jìn)行顯微注射和細(xì)胞移植。在技術(shù)上，斑馬魚可以像線蟲和果蠅一樣，進(jìn)行細(xì)胞標(biāo)記和細(xì)胞譜系跟蹤，也可以像爪蟾一樣進(jìn)行胚胎的細(xì)胞移植。在基因水平，已經(jīng)發(fā)展了轉(zhuǎn)基因技術(shù)、基因過量表達(dá)技術(shù)、隨即及靶基因定向誘變等（Sun Z H， 2006)。

2.4 小鼠的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)
小鼠是哺乳動(dòng)物，與人的親緣關(guān)系比較近，這是小鼠作為醫(yī)學(xué)研究模式生物的首要優(yōu)勢(shì)。同時(shí)小鼠在交配時(shí)形成陰栓，可以很好的判斷交配時(shí)間，對(duì)研究中判斷發(fā)育時(shí)間十分重要。在技術(shù)上，長(zhǎng)期的實(shí)驗(yàn)研究，培養(yǎng)了大批的實(shí)驗(yàn)人員，建立了廣泛地實(shí)驗(yàn)體系，如基因陷阱、化學(xué)誘變、基因定向突變等（Lin Z Y， 2006)。

3 模式生物的主要研究領(lǐng)域
3.1 擬南芥的主要研究領(lǐng)域
3.1.1在發(fā)育生物學(xué)方面的研究
在植物形態(tài)建成的研究中，擬南芥的主要成績(jī)表現(xiàn)在花發(fā)育的ABC模式上，A、B、C分別指的是控制不同花器官發(fā)育的三類基因（Bowmen J L， 1991)。這三類基因的表達(dá)產(chǎn)物大體按照它們各自決定的花器官位置，分布于相應(yīng)的區(qū)域，當(dāng)其中某個(gè)基因發(fā)生突變后，它所控制的區(qū)域則會(huì)發(fā)育出其他類型的花器官。同時(shí)在植物根、莖、葉、胚胎和種子的發(fā)育上，也進(jìn)行了深入的研究。

3.1.2在分子生物學(xué)方面的研究
miRNA是擬南芥研究中近幾年最值得注意的熱點(diǎn)之一。成熟的miRNA是僅含有19－23個(gè)堿基的核苷酸，可以通過堿基配對(duì)與一些基因的mRNA結(jié)合，在一些酶的共同作用下破壞與之結(jié)合的mRNA或干擾mRNA的翻譯（Bartel D P. 2004）。在擬南芥中，參與加工miRNA初始轉(zhuǎn)錄本的除了SCL1和HYL1之外，還有一個(gè)必需蛋白SERRATE（SE）。在miRNA的生物合成過程中還有一個(gè)重要的蛋白HEN1（Park W， 2002)。這兩項(xiàng)研究為完整認(rèn)識(shí)高等生物中的miRNA生物合成過程提供了有價(jià)值的信息。

3.2 線蟲的主要研究領(lǐng)域
3.2.1細(xì)胞生物學(xué)方面
秀麗隱桿線蟲的一生中，12％的細(xì)胞通過細(xì)胞凋亡的形式而消失，其中的80％發(fā)生在胚胎的發(fā)育階段�，F(xiàn)在通過突變個(gè)體的研究，已經(jīng)證明凋亡基因通過遺傳組成一條線性的調(diào)控途徑以控制細(xì)胞凋亡（Horvitz H R. 2002）。通過構(gòu)建這些基因之間的雙缺失突變體或進(jìn)行轉(zhuǎn)基因分析，發(fā)現(xiàn)它們組成的遺傳調(diào)控途徑為：egl－1→ced－9→ced－4→ced－3，其中ced－9和ced－3的基因產(chǎn)物分別對(duì)應(yīng)于哺乳動(dòng)物的凋亡抑制因子Bcl－2和執(zhí)行凋亡的一類酶——caspase。

3.2.2 RNAi及其作用機(jī)制
RNAi及其遺傳機(jī)制的發(fā)現(xiàn)是秀麗線蟲對(duì)當(dāng)代生命科學(xué)發(fā)展的又一重大貢獻(xiàn)。RNAi的現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)始于三十年前，當(dāng)時(shí)人們發(fā)現(xiàn)反義RNA可以抑制內(nèi)源性mRNA的翻譯（Fire A， 1998）。RNAi及miRNA的發(fā)現(xiàn)為疾病治療提供了潛在地新手段。

3.3 果蠅的主要研究領(lǐng)域
3.3.1在生物學(xué)方面的研究
果蠅作為遺傳學(xué)研究的經(jīng)典模式生物，早期主要用于闡明真核生物遺傳學(xué)的基本原理與概念。20世紀(jì)70年代以后，果蠅廣泛應(yīng)用于發(fā)育生物學(xué)的研究，如胚胎發(fā)育（Nusslein-Volhard C， 1980）、各種器官的形成（Lengyel J A， 2002）、神經(jīng)系統(tǒng)的發(fā)育和高級(jí)神經(jīng)活動(dòng)與行為機(jī)制等（Guo J Z， 2005）。

3.3.2果蠅在人類疾病方面的研究
在利用果蠅模型研究的人類疾病中，目前研究較多的是神經(jīng)退行性疾病，包括帕金森�。‵eany M S， 2000）、阿爾茲海默病（Ye Y H， 1999）、多聚谷胺酰胺�。⊿teffan J S， 2004）以及脆弱X綜合癥（Zhang Y Q， 2001）等。此外，果蠅還可作為腫瘤、心血管疾病、線粒體病等的研究模型。

3.4 斑馬魚的主要研究領(lǐng)域
3.4.1在生物學(xué)方面的研究
生命周期涉及胚胎的發(fā)育、生長(zhǎng)、生理和心理平衡的維持以及生殖細(xì)胞的產(chǎn)生、衰老、死亡，每個(gè)過程都非常復(fù)雜，即受基因調(diào)控，也受到外界因素影響。利用斑馬魚開展的胚胎發(fā)育研究主要包括母體啟動(dòng)的因子對(duì)啟動(dòng)胚胎發(fā)育的影響、體軸的形成機(jī)制、胚層的誘導(dǎo)與分化、胚胎中細(xì)胞的運(yùn)動(dòng)機(jī)制、神經(jīng)系統(tǒng)的發(fā)育、器官的形成、左右不對(duì)稱發(fā)育、原始生殖細(xì)胞的起源和遷移等（Wilson S M， 2004）。

3.4.2在人類疾病方面的應(yīng)用
斑馬魚屬于脊椎動(dòng)物，其生長(zhǎng)發(fā)育過程、組織系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與人有很高的相似性，兩者在基因和蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能上也變現(xiàn)出高度的保守性因此斑馬魚也是研究人類疾病發(fā)生機(jī)理的優(yōu)良模式生物�，F(xiàn)在已經(jīng)鑒定出一些班瑪魚的突變體，其表形類屬于人類疾病。如sau突變體類似于人ALAS－2基因突變引起的先天性鐵粒幼紅細(xì)胞性貧血癥，yqu突變體與人的紅細(xì)胞卟啉癥類似，gridlock突變體類似于人類的先天性動(dòng)脈血管收縮癥，等（Sun Z H， 2006）。

3.5小鼠的主要研究領(lǐng)域
小鼠作為哺乳動(dòng)物中的唯一模式生物，在人的生理病理研究中擔(dān)負(fù)在重要角色。根據(jù)經(jīng)典遺傳學(xué)，現(xiàn)在正在建立100多種的重組近交系（Cox R D， 2003），通過對(duì)這些近交系與親本近交系在生理生化表形以及基因型的連鎖比較，我們有望對(duì)一些復(fù)雜性狀的調(diào)控做深入的遺傳分析從而發(fā)現(xiàn)復(fù)雜疾病的發(fā)病機(jī)制。同時(shí)通過開展大規(guī)模的基因刪除研究，建立刪除基因小鼠品系，分析基因的功能，也是現(xiàn)在小鼠研究的熱點(diǎn)。

文章來源：睡到自然醒blog[http://]