模式生物技术概论课件

模式生物技术概论小鼠遗传操作技术及其应用

费俭上海南方模式生物研究中心人类基因组研究的艰巨挑战

人类基因组30000-35000个基因基因功能?“后基因组时代”人类基因组学研究的重点1999:Firstchromosomefullysequenced(22)2000:Workingdraftcompleted2004:Humangenomefinished!什么叫模式生物（Modelorganism）TechnicaldifficultyComplexityDrosophilazebrafishmousehumanC.elegansyeast生物体由低等向高等、由简单向复杂的进化过程中，很多生物学过程在不同生物物种中是非常保守的。因此，可以通过选择合适的物种，对其开展研究，获得对生命基本规律或者人类健康的认识，这样的物种就称为模式生物Escherichiacoli(E.coli)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Saccahromycescerevisiae

Caenorhabditiselegans

TheNobelPrizeinPhysiologyorMedicine2002"fortheirdiscoveriesconcerning'geneticregulationoforgandevelopmentandprogrammedcelldeath'"

SydneyBrenner

H.RobertHorvitz

JohnE.Sulston

1/3oftheprize

1/3oftheprize

1/3oftheprizeUnitedKingdomUSAUnitedKingdomTheMolecularSciencesInstitute

Berkeley,CA,USAMassachusettsInstituteofTechnology(MIT)

Cambridge,MA,USATheWellcomeTrustSangerInstitute

Cambridge,UnitedKingdomb.1927

(inUnionofSouthAfrica)b.1947b.1942线虫（Caenorhabditiselegans

）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（Caenorhabditiselegans

），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LifecycleofC.elegans.OneoftheadvantagesofworkingwithC.elegansisthatithasashortlifecycle.Thelifecycleistemperature-dependent.C.elegansgoesthroughareproductivelifecycle(eggtoegg-layingparent)in5.5daysat15°C,3.5daysat20°C,and2.5daysat25°C.C.eleganseggsarefertilizedwithintheadulthermaphroditeandlaidafewhoursafterward--ataboutthe40cellstage.Eggshatchandanimalsproceedthrough4larvalstages,eachofwhichendsinamolt.Whenanimalsreachadulthood,theyproduceabout300progenyeach.Theyliveatotalofabout2weeks.NotethatC.eleganscanadoptanalternativelifeform,calledthedauerlarvalstage,ifplatesaretoocrowdedoriffoodisscarce.Dauerlarvaearethinandcanmovebuttheirmouthsarepluggedandtheycannoteat.Interestingly,dauerscanremainviableforthreemonths.Theyappeartobenon-aging:dauerlarvaecanroamaroundformonthsandthenreentertheL4stagewhentheyencounterafoodsourceandliveabout15moredays!Thinkaboutit--thosewormscanlivenearly10timestheirnormallifespan!CellLineageTreeofC.elegans,focusingonthegut.Forsomeanimals,suchasC.elegans,thecompletelineageandtypeofeverycellisworkedout.Drosophilamelanogaster果蝇（Drosophilamelanogaster）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Mendel:SegregationandAssortmentABCMorgan:LinkageandrecombinationDabcdEeThesetraitssegregateThesetraitsassort(independently)cRNA;mRNATranslationModificationSortingFunctionanalysiszebrafish(Brachydaniorerio)斑马鱼（zebrafish；Brachydaniorerio）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Manipulationofmicroinjectoranddissectionmicroscope.TheorientationofeggiscellupwardandyolkdownwardAccomplishmentofonemicroinjectionisshownbytheappearanceofphenolredinthecell.

青鱂（madaka）红鲈（SheepsheadMinnow）河豚（Fugu）

EffectorCells

Macrophages

√

√Bcells

√

√Tcells

√

√NKcells

√

√Neutrophils

√

√EffectorProteins

Antibody

IgMandIgDIgM,IgD,IgA,IgE,IgGMHC

√

√TCR

√

√Cytokines

√

√

Complement

√

√

Fishvs.MammalianImmunitymusmusculus最小的哺乳动物之一(25-40g)，世代周期短生物进化上与人类接近(60-75百万年)胎盘形成和早期胚胎发育与人类相近组织器官结构和细胞功能与人类相似有高级神经活动小鼠基因组测序计划已完成人类99%的基因存在于小鼠，基因同源性高达78.5%

基因组93%的区域基因排列顺序与人类相同相同基因组改造的技术手段成熟小鼠作为模式生物的优势Whyme?HumanMouseEnsemblgenepredictions

2353126762Pseudogenes17441455Genscangenepredictions

65010100246Ensemblgeneexons

225897219510Ensemblgenetranscripts

3160934076AssemblyStatisticsofHumanandMouseGenomes(2004.2.8)

50%genefunctionunknown!90%geneinvivofunctionunknown!!!人类小鼠人类和小鼠基因组的相似性ModelOrganismDatabasesScience287:1265-1269.2000WTWTTGTGTGTGTGTGHoHomAbhAbhAbLewybodyX2500X15000Science295:865-868,2002GAL4DOPAdecarboxylasegenepromoterUASalpha-synucleinWTTGHsp70TGHsp70protectedagainsta-synucleinÐinduceddopaminergicneuronaldegeneration.Hsp70didnotaltertheappearanceofa-synucleininclusionsint