印度斑马鱼:斑马鱼的介绍

Biology II

Your institution must subscribe to JoVE's Basic Biology collection to access this content.

Fill out the form below to receive a free trial or learn more about access:

Welcome!

Enter your email below to get your free 1 hour trial to JoVE!





By clicking "Submit", you agree to our policies.

 

Summary

印度斑马鱼是一种小型淡水鱼类,用作生物医学研究中的模式生物。这种鱼类的优点包括它们和人类基因高度保守的相似,以及它们的维护简单、低廉。另外,基因表达在斑马鱼的胚胎中很容易控制,而且它们的透明体征允许我们观察它们的发育过程。在介绍斑马鱼的优点之前,本视频将首先介绍斑马鱼的基本生物学,包括系统发育、生命周期以及自然环境。本视频还将概述斑马鱼的研究历史,将回顾其中的主要发现,包括从早期建立有效的遗传学筛选方法到为人类疾病发现新型的治疗方法,例如癌症。最后,还将讨论许多斑马鱼实验中的一些,包括免疫学和发育学方面的研究。

Cite this Video

JoVE Science Education Database. 模式生物II:小鼠,斑马鱼和鸡. 印度斑马鱼:斑马鱼的介绍. JoVE, Cambridge, MA, (2017).

印度斑马鱼,或称斑马鱼,是一种小型鱼类但却在生物医学研究中作出了巨大的贡献。斑马鱼可以产成百上千的卵,它们在体外发育。这样科学家可以进行遗传操作并监测这个复杂生物体中的早期表型。因为斑马鱼和人类的大部分基因组相同,所以对它的的研究能够帮助我们理解并治疗人类的疾病。本短片将全面介绍斑马鱼,斑马鱼成为极佳的模型动物的独特之处,以及一些在今天实验室中使用斑马鱼的方法。

在讨论科学原理之前,让我们先了解一下斑马鱼。如同小鼠和人类,斑马鱼也是脊椎动物,意思是它们都有脊椎。

具体来讲,斑马鱼是多骨鱼,属辐鳍鱼类,特点是在它们的鳍上有辐射型的骨质。更准确的说,斑马鱼属于一类最大的脊椎动物家族:鲤鱼科,它包含有可爱的金鱼在内的共2400多种鱼类。

斑马鱼是这个家族最小的成员之一。成年鱼体长30到40毫米,或者1.5英寸。斑马鱼的名字来源于它们貌似斑马。不是长得像斑马,而是因为在它们鱼雷一样的身体的外表面有纵贯全身的条纹。

斑马鱼起源于喜马拉雅地区,它们通常可以在缓慢流动的淡水水体中找到。但是其实你不必作很远的旅行去寻找它们,因为这种鱼能够适应多种环境,它们在家庭养鱼池就可以稳定生长。

斑马鱼的生命周期主要由4个发育阶段构成:胚胎期,幼虫期,仔鱼期和成年期。当卵子和精子从交配的成鱼体内释放时,周期开始。在受精之后,发育的初期进展迅速。受精三天后,胚胎就发育成为幼虫。从这个时间点开始,直至发育成一个性成熟的成年鱼体需要两到3个月。

我们已经对野生的斑马鱼稍有了解,现在让我们来看一下为什么它们在实验室有这么高的价值。首先,斑马鱼能够高密度生长,饲养简单,比维护其他脊椎动物模型花费较低。

其次,斑马鱼繁殖能力强。成熟的母体每周产卵数百个。

斑马鱼胚胎的体外发育非常有用,因为可以通过显微注射技术来操纵它的基因表达。另外,它的胚胎是透明的,早期的发育进程可以在活体内观察到。

重要的是,斑马鱼像包括人类在内的高等脊椎动物一样,具有高度保守的遗传性状。斑马鱼的基因组含有25条染色体和15亿对碱基,大约是人体基因组的一半。不仅如此,大约70%的人体基因和80%的已知人类疾病的相关基因都可以在斑马鱼内找到至少一个对应体。

我们已经知道了为什么斑马鱼会成为优秀的模型动物,现在我们再来看一下它们是怎样赢得在实验室中的地位的。在上世纪70年代,George Streisinger首先建立了斑马鱼鱼模型。在那时侯,还有几个科研小组在探索果蝇和线虫在发育方面的遗传基础。

作为一个鱼类爱好者,Streisingery意识到斑马鱼作为脊椎动物模型在发育研究方面的潜力。Streisinger 还开创了一种制备产雌胚胎的技术,即胚胎中的遗传物质全部来自于母体,减少了获得纯和突变体所需要的时间。

直到1995年,Charles Kimmel和他的同事们在该领域内对正常斑马鱼的发育进行了彻底的鉴定。

一年以后,Christiane Nusslein-Volhard, Mark Fishman 和 Wolfgang Driever公布了第一次大规模脊椎动物的遗传筛选结果。这些工作是在马萨诸塞州的波士顿和德国的图宾根完成的。继Nusslein-Volhard在果蝇上的建模工作之后,斑马鱼的筛选是用于鉴别胚胎发育所需要的基因。这些结果包括了一个含有两千多个斑马鱼突变体的目录。从此以后,对这些突变体的分析告诉了我们大量的关于我们自身生物体的知识。

2005年,Keith Cheng和他的同事克隆了基因:slc24a5。该基因负责编码金色斑马鱼突变体内不正常的色素沉着。这种金色表型启发了Cheng,继而发现这个特殊的基因在为斑马鱼和人类皮肤细胞内黑色素合成所必需。它对蛋白质的修饰与人类皮肤颜色的变化紧密相关。

在2011年,Leonard Zon实验室的研究人员使用斑马鱼胚胎发现了黑色素瘤的新的治疗方法。在筛选化学药物过程中,他们发现了包括来氟米特在内的一类药物,可以减缓导致黑色素瘤的细胞的生长。在现在的临床试验中,来氟米特是唯一一个以斑马鱼为模型的高通量筛选中发现的新型治疗药物。

您已经知道了斑马鱼模型的价值,现在让我们看一下斑马鱼在当今实验室中的一些用途。

首先,斑马鱼作为人类遗传性疾病的模型非常有用。通过向早期胚胎中进行显微注射可以很容易地复制疾病表型,从而改变蛋白质的表达。这一点通过基因突变也可以实现,例如杜兴氏肌肉营养不良症,表现的症状是对触摸反应异常。

因为斑马鱼自身的免疫系统在受精后的头几天开始发育,所以斑马鱼的胚胎对于感染性疾病的研究也很有帮助。在这个研究中,细菌被注射进入转基因株系的血流,该株系携带有荧光标记的巨噬细胞。这样就可以实时观察宿主的反应。

由于斑马鱼身体透明,它的胚胎还被用于最前沿的神经科学技术,称为光遗传学。研究者们设计了一种胚胎,可以表达来自分离的神经元的蛋白质。这样可以使得他们能够光学激活这些细胞从而在神经通路中确定它特定的功能。

您刚观看的是JoVE对斑马鱼介绍的短片。在本视频中,我们阐述了斑马鱼作为一种独特的脊椎动物模型具有很多脊椎动物系统的优点。将来,在提高我们对于人类疾病的理解和发现临床治疗的新方法上,斑马鱼将会扮演重要的角色。感谢观看!

A subscription to JoVE is required to view this article.
You will only be able to see the first 20 seconds.

RECOMMEND JoVE

Applications