模式生物技术概论PPT课件

1、1999: First chromosome fully sequenced (22)2000: Working draft completed 2004: Human genome finished!第1页/共60页Technical difficultyComplexityDrosophilazebrafishmousehumanC. elegansyeast第2页/共60页模式生物的选择 有利于回答和解决研究者关注的问题 繁殖容易，周期短，研究成本低 遗传背景清楚，有遗传操作的手段 表型分析容易 人口与健康领域研究中常用的模式生物 大肠杆菌（Escherichia coli ） 酵母（

2、Saccharomyces cerevisiae ） 线虫（ Caenorhabditis elegans ） 果蝇（ Drosophila melanogaster ） 斑马鱼（Brachydanio rerio；zebrafish） 非洲爪蟾（Xenopus laevis） 小鼠（Mus musculus） 大鼠（Rattus rattus）第3页/共60页Escherichia coli (E. coli)第4页/共60页大肠杆菌（ E. coli ） 属肠细菌家族（Shigella, Salmonella, Yersinia，etc），在自然界中广泛存在 适合实验室培养（可以液体培养和

3、固体培养） ，安全，培养条件简单，生长迅速，克隆方便，基因操作简便 是分子生物学，遗传学和生物化学研究中的重要模式生物 也用于人类感染性疾病和其他微生物研究的模式生物 1997完成测序，4.3M，4400 基因，近一半功能不清第5页/共60页Saccahromyces cerevisiae 第6页/共60页啤酒酵母（Saccahromyces cerevisiae） 单细胞的真核生物，适合实验室培养（可以液体培养和固体培养），安全，克隆方便，基因操作简单 可以有丝分裂，也可以出芽繁殖，可以以单倍体和双倍体生长 是分子生物学，遗传学，生物化学，真核细胞周期调控，信号转导等研究的重要模式生物 16

4、条染色体，12M，约6000个蛋白编码基因，基因结构紧凑第7页/共60页Caenorhabditis elegans第8页/共60页 The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2002for their discoveries concerning genetic regulation of organ development and programmed cell death Sydney Brenner H. Robert Horvitz John E. Sulston 1/3 of the prize 1/3 of the prize 1/3 o

5、f the prize United Kingdom USA United Kingdom The Molecular Sciences Institute Berkeley, CA, USA Massachusetts Institute of Technology (MIT) Cambridge, MA, USA The Wellcome Trust Sanger Institute Cambridge, United Kingdom b. 1927(in Union of South Africa)b. 1947b. 1942第9页/共60页线虫（ Caenorhabditis eleg

6、ans ） 成虫大小：1mm，实验室饲养简单，生命周期短，保种方便，大部分为雌雄同体（雄虫占0.05%），N2是目前实验室常用的野生型品种 成虫由959个细胞构成（ Caenorhabditis elegans ），其中302个细胞为神经细胞；所有的细胞谱系清楚，成虫过程中有131个细胞经历凋亡 是研究发育（细胞命运决定）、神经系统的重要模式生物 遗传操作手段成熟（转基因和RNAi） 基因组：5对常染色体，1对性染色体，97M，约20000个基因第10页/共60页第11页/共60页第12页/共60页Life cycle of C. elegans. One of the advantages

7、of working with C. elegans is that it has a short life cycle. The life cycle is temperature-dependent. C. elegans goes through a reproductive life cycle (egg to egg-laying parent) in 5.5 days at 15C, 3.5 days at 20C, and 2.5 days at 25C. C. elegans eggs are fertilized within the adult hermaphrodite

8、and laid a few hours afterward-at about the 40 cell stage. Eggs hatch and animals proceed through 4 larval stages, each of which ends in a molt. When animals reach adulthood, they produce about 300 progeny each. They live a total of about 2 weeks. Note that C. elegans can adopt an alternative life f

9、orm, called the dauer larval stage, if plates are too crowded or if food is scarce. Dauer larvae are thin and can move but their mouths are plugged and they cannot eat. Interestingly, dauers can remain viable for three months. They appear to be non-aging: dauer larvae can roam around for months and

10、then reenter the L4 stage when they encounter a food source and live about 15 more days! Think about it-those worms can live nearly 10 times their normal lifespan! 第13页/共60页Cell Lineage Tree of C. elegans, focusing on the gut.For some animals, such as C. elegans, the complete lineage and type of eve

11、ry cell is worked out.第14页/共60页Full cell lineage for C. elegans, worked out by John Sulston and colleagues using microscope, eye, sketchbook and patience.第15页/共60页Drosophila melanogaster第16页/共60页果蝇（Drosophila melanogaster） 个体小，3mm，适合实验室饲养，生命周期短（2周），繁殖力强（数百个卵） 具有成熟的遗传操作的方法，具备众多的突变品系，有特殊的染色体结构（多线染色体，可

12、分成102条区带） 有比较复杂的行为能力 是遗传学，发育生物学理想的模式生物 3对常染色体，1对性染色体（X，Y）；165M，14000基因第17页/共60页第18页/共60页第19页/共60页Mendel: Segregation and AssortmentABC Morgan: Linkage and recombinationDabc dEeThese traitssegregateThese traitsassort (independently)第20页/共60页第21页/共60页cRNA; mRNATranslationModificationSortingFunction an

13、alysis第22页/共60页第23页/共60页zebrafish (Brachydanio rerio)第24页/共60页斑马鱼（zebrafish；Brachydanio rerio） 个体小（4cm），淡水饲养，繁殖周期短（3个月），产仔频繁，量高，适合实验室养殖 脊椎动物，胚胎发育周期短，胚胎透明遗传操作方法成熟（Morpholino） 具有大量突变体，已证明在多方面可以模拟人类疾病模型 25对染色体，168M，30000基因第25页/共60页第26页/共60页Cell fate of Fish Blastula第27页/共60页第28页/共60页Manipulation of mic

14、roinjector and dissection microscope.The orientation of egg is cell upward and yolk downwardAccomplishment of one microinjection is shown by the appearance of phenol red in the cell. 第29页/共60页 青鱂（madaka） 红鲈 （Sheepshead Minnow）河豚 （Fugu）第30页/共60页 Effector CellsMacrophages B cells T cells NK cells Neut

15、rophils Effector ProteinsAntibody Ig M and IgD IgM, IgD, IgA, IgE, IgGMHC TCR Cytokines Complement 第31页/共60页mus musculus第32页/共60页第33页/共60页第34页/共60页第35页/共60页Model Organism Databases第36页/共60页Science 287:1265-1269. 2000第37页/共60页第38页/共60页WTWTTGTGTGTGTGTGHoHomAbhAbhAbLewy body第39页/共60页X2500X15000第40页/共60

16、页第41页/共60页Science 295:865-868, 2002第42页/共60页GAL4DOPA decarboxylase gene promoterUASalpha-synucleinWTTGHsp70 TGHsp70 protected against a-synucleininduced dopaminergic neuronal degeneration.第43页/共60页Hsp70 did not alter the appearance of a-synuclein inclusions in the Drosophila brain.1D, Hsp70 TG20D, Hsp70, TG20D, TGAnti SynAnti Hsp70Anti UbiAnti hHsp70第44页/共60页第45页/共60页JBC Papers in Press. Published on October 31, 2005 as Manuscript