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经典模式生物最终版省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx
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1、经典模式生物三鸟类:鸡第三组组组员:骆礼华、李进波、敖 丽、陈光茸第1页一、模式生物一、模式生物(一)模式生物概念(一)模式生物概念模式生物(model organism)是指受到广泛研究,对其生物现象有深入了解物种。依据从这些物种所得科学研究结果,能够归纳出一些涵盖许多生物模型,并应用在各领域研究。第2页利用不一样模式生物来进行试验,对于结果会有不一样差异是众所周知事,所以,要怎样选择适当生物,来进行生物体内研究,也是生物学和生物医学一个主要方向。利用模式生物来发觉、确认,能够对于疾病治疗、防治到达更佳效果,进而发展更新药品。模式生物选择上,要考虑到生物多胎性、生命周期长短、生物体型或胚胎大
2、小是否利于观察、品种特异性、能供大部分研究者使用、能运输至国外、能准确控制疾病或病变再现性。(二)模式生物选择与应用(二)模式生物选择与应用第3页(三)常见几个模式生物(三)常见几个模式生物1.脊椎动物脊椎动物非洲爪蟾(Xenopus laevis)斑马鱼(Danio rerio)鸡(Gallus domesticus)小鼠(Mus musculus)猴子(Zoology)2.无脊椎动物无脊椎动物海胆(Strongylocentrotus purpuratus)线虫(Caenorhabditis elegans)黑腹果蝇(Drosophila melanogaster)3.植物植物拟南芥(Ar
3、abidopsis thaliana)玉米(Zea mays)金鱼草(Antirrhinum)水稻(Oryza sativa)烟草(Nicotiana tabacum)短柄草(Brachypodium distachyon)第4页二、鸡作为模式生物特征二、鸡作为模式生物特征鸡(学名Gallusgallusdomesticus),鸟纲鸡形目雉科,也就是鸟当中一个。至于它起源课追溯至60前邳州。第5页(1)代谢作用旺盛,体温高代谢作用旺盛,体温高:鸡体温为41.5(40.941.9),高于任何其它家畜。体温起源于体内物质代谢过程氧化作用产生热能。机体内产生热量数量多少,决定于代谢强度。鸡体营养物质
4、来自日粮,因而就要利用它代谢作用旺盛特点给予所需要营养物质,使鸡能维持生命和健康,而且能到达最正确产肉和产蛋性能。另外,还要提供冬暖夏凉、通风透光、干爽清洁生活环境,以利于调整体温,维持旺盛代谢作用。(一)鸡生物学特征(一)鸡生物学特征第6页(2)生长快速,成熟期早:生长快速,成熟期早:在当前遗传育种和喂养条件下,肉仔鸡喂养到8周龄出栏时,体重可达2.4千克,是初生雏(40克)60倍。肉用或肉蛋兼用型鸡养到160180日龄开始产蛋,蛋用型鸡养到140150日龄时可开产。如要发挥生长快速、成熟期早特征,必须给予适量全价日粮,合理喂养,加强日常管理,并依据肉鸡、蛋鸡与种鸡不一样要求,适当调整光照与
5、喂养密度,才能取得良好效果。第7页(3)含有自然换羽特征:含有自然换羽特征:通常,当年鸡有4次不完全换羽现象,1年以上鸡每年秋冬换羽1次。鸡在换羽期间,多数停顿产蛋,而且换羽需要相当长时间。现在,蛋鸡普通在72周龄或76周龄即产蛋1年后淘汰,而且光照、温度、通风都人为控制在适合鸡生长生产条件下,因而其产蛋性能受自然换羽影响不大。对于产蛋1年以上鸡,如想继续留用,可进行强制换羽,以提升鸡群产蛋量。第8页(4)消化道短,日粮经过消化道快:消化道短,日粮经过消化道快:鸡消化道长度仅是体长6倍,与牛(20倍)、猪(14倍)相比短得多,以致食物经过快,消化吸收不完全。鸡口腔无牙齿咀嚼食物;腺胃消化性差,
6、只靠肌胃与砂粒磨碎食物;盲肠只能消化少许粗纤维。基于鸡这种特点,把饲料制成颗粒状或于饲料中加入饲料酶制剂,可提升饲料利用率。第9页(5)饲料转化率高:饲料转化率高:鸡日粮以精料为主。因为鸡代谢旺盛,所以,长肉快,产蛋多,耗料少,酬劳高。普通当代化养鸡饲料酬劳:肉仔鸡料肉比为1.92.2:1;产蛋鸡料蛋比为2.53.0:1。饲料酬劳高低取决于品种、饲料、喂养管理条件优劣。第10页(二)鸡作为模式生物独特优势(二)鸡作为模式生物独特优势 鸡是一个中间进化模式生物,与河豚和斑马鱼类似,其进化上恰好介于哺乳动物和更远脊椎动物之间。最近,对鸡基因组研究日益引发人们兴趣,许多研究结果都证实鸡含有不一样于其
7、它模式生物独特优势。第一,鸡基因组物理长度只有哺乳动物三分之一第一,鸡基因组物理长度只有哺乳动物三分之一,主要因为重复序列主要因为重复序列少和内含子长度小。少和内含子长度小。它含有有趣而复杂基因组结构,两种染色质亚型-巨型染色体和微型染色体微型染色体比巨型染色体含有更高基因密度,与河豚基因密度相当。第11页 第二第二,鸡和人基因组保守同线性水平非常高。鸡和人基因组保守同线性水平非常高。鸡基因图谱与大部分哺乳动物长度相当,经过鸡和人基因组比较定位发觉进化过程中相当部分染色体区段是非常保守。其图谱中包含350个表示序列标识有235个基因或序列与已知基因有极高同源性,已经定位在连锁图上235个已知基
8、因中有204个在人上被定位,物理图谱上定位基因中也发觉许多基因是保守。这证实鸡遗传连锁图对绘制全基因图谱有极大贡献,也证实了人类与鸡基因组保守同线性很高。第12页 第三第三,最近对鸡研究更多致力于参加数量性状基因座最近对鸡研究更多致力于参加数量性状基因座(QTL),这方面吸引了国际上对鸡物理和遗传连锁图精细结构这方面吸引了国际上对鸡物理和遗传连锁图精细结构研究关注。研究关注。鸡基因组紧密物理长度,较大基因图谱及与人类基因组较高保守同线性决定了鸡是研究基因组和后基因组学有价值模式生物。第13页(三)鸡研究价值(三)鸡研究价值鸡在很长一段时期内被人们认为是非哺乳动物中最为主要遗传学研究模式生物。因
9、为鸡胚胎发育起源于卵而非子宫因为鸡胚胎发育起源于卵而非子宫,便于体外操作与观便于体外操作与观察察,所以鸡是胚胎生物学和发育生物学研究中很好动物模型。所以鸡是胚胎生物学和发育生物学研究中很好动物模型。鸡免疫系统也含有其独特研究价值,对于众所周知B淋巴细胞命名即起源于鸡特有中枢免疫器官-法氏囊(bursaofFabricius)。鸡还为基因调控研究做出了主要贡献,比如:许多类固醇激素调整基因表示开创性工作都是在鸡卵清蛋白基因上完成。另外,因为自然界中鸡品种品系纷繁复杂、各种多样,所以存在许多自发形成可遗传突变体。Romanoff描述了以胚胎期畸形为特征21种致死性突变和11种非致死性突变。第14页
10、三、鸡胚研究三、鸡胚研究(一)鸡胚胎与发育生物学(一)鸡胚胎与发育生物学在发育生物学形成和发展过程中,许多划时代研究结果往往与一些模式生物相关。因为进化原因,细胞生命在发育基本模式方面含有一定同一性,人们往往利用位于生物复杂性阶梯较低级位置上物种来研究发育共同规律,以构建发育普遍原理。利用模式生物开展发育机利用模式生物开展发育机制研究,含有便捷、高效、深入、系统和有利于结果延展与应用等优制研究,含有便捷、高效、深入、系统和有利于结果延展与应用等优势。势。传统啮齿动物和大动物试验面临社会伦理、实际操作和技术等问题进而限制了它们应用。在体内模型中,鸡胚胎发育是在体外完成,在体内模型中,鸡胚胎发育是
11、在体外完成,鸡胚以轻易取得、经济和易于操作等优势成为研究动物胚胎早期发育、鸡胚以轻易取得、经济和易于操作等优势成为研究动物胚胎早期发育、组织器官分化、基因表示调控等科学问题优异模型。组织器官分化、基因表示调控等科学问题优异模型。第15页鸡胚在发育生物学上作为一个主要模型系统已含有悠久历史,一鸡胚在发育生物学上作为一个主要模型系统已含有悠久历史,一个多世纪以来,鸡胚已经成为洞悉发育过程和胚胎细胞命运一个经典个多世纪以来,鸡胚已经成为洞悉发育过程和胚胎细胞命运一个经典试验模型。试验模型。伴随生物技术发展,如体内电穿孔技术、胚胎干细胞、新转基因技术和基因组测序完成等,这些已经使鸡胚模型系统已变得愈加
12、强大,再结合传统移植和世系追踪等技术,鸡胚已成为最优异试验系统之一。伴随模式生物鸡基因资源增加、胚胎易得性和RNA干扰方法应用,这些都使研究胚胎发育中众多基因功效变得简单轻易。所以,鸡胚也成为众多对基因功效感兴趣脊椎动物学家首选研究系统。第16页(二)鸡胚胎与肿瘤(二)鸡胚胎与肿瘤 鸡胚绒毛尿囊膜鸡胚绒毛尿囊膜(chickembryochorioallantoic membrane,CAM)是一个介导气体和营养交换胚胎外膜,因为含有丰富毛细血管网络,在是一个介导气体和营养交换胚胎外膜,因为含有丰富毛细血管网络,在体内肿瘤血管生成和转移、血管生成底物和抗血管生成底物等方面含有体内肿瘤血管生成和转
13、移、血管生成底物和抗血管生成底物等方面含有主要研究价值。主要研究价值。鸡胚绒毛尿囊膜能够有效支持接种异种肿瘤细胞生长,进而使研究人类肿瘤细胞转移变得愈加轻易。第17页比如,在肿瘤转移试验中,在自发转移期间高度血管化CAM支持肿瘤细胞在移植几天后肿瘤快速形成。肿瘤细胞经过静脉接种后,CAM毛细管系统首先能够作为一个肿瘤细胞储存地,然后又可作为肿瘤细胞外渗和侵蚀基地。CAM组织组成和易操作性对于试验干预肿瘤转移而言,在跟踪移植肿瘤细胞命运和准确展示肿瘤细胞行径等方面,鸡胚CAM系统已经成为最具吸引力试验模型之一。第18页(三)鸡胚胎与再生(三)鸡胚胎与再生鸡胚长久作为发育生物学模型被人们所熟知,但
14、它作为人组织修复和再生潜在模型却经常被人们忽略。经经过嵌合体试验和转基因试验,鸡胚能够提供几乎每种器过嵌合体试验和转基因试验,鸡胚能够提供几乎每种器官系统发育调控细胞内外信号通路精巧轮廓。官系统发育调控细胞内外信号通路精巧轮廓。比如,鸡胚系统能够直接反应人体内环境脊髓修复或绒毛尿囊膜损伤修复过程。所以,作为人体内组织修复模型向导,鸡胚理所当然成为研究人类医学再生治疗优异模型。第19页(四)鸡胚胎与神经生物学(四)鸡胚胎与神经生物学鸡胚胎已经成为研究肠神经系统鸡胚胎已经成为研究肠神经系统(enteric nervous system,ENS)一个主要模型系统。一个主要模型系统。在鸡胚中,最先证实
15、了ENS起源于神经嵴。当前,研究者已经利用禽类模型揭示了肠神经嵴起源细胞起源和迁移路径,近年来已将工作重点转向调整肠神经系统发育分子机制研究。第20页Fayoumi鸡(Fayoumistrainofchickens,Fepi)携带一个常染色体隐性基因突变,进而使纯合体出现光反射性癫痫和声反射性癫痫。正常鸡胚特定胚胎脑囊泡用Fepi鸡替换后取得活体神经嵌合体,这些嵌合体会表现出全部或部分癫痫表型。前脑和间脑替换会得到完全光反射性癫痫和声反射性癫痫,但仅替换前脑会产生间歇阵发性表型,而仅替换中脑则主要会出现猝发性运动症状。利用电生理和脑嵌合方法证实Fepi鸡光反射性癫痫和声反射性癫痫症状脑定位不一
16、样。Fepi鸡是研究脑干反射性癫痫一个很好模型,同时也暗示脑干是一些动物和人类遗传反射“癫痫综合征”一个发生器。第21页(五)鸡胚胎与免疫学(五)鸡胚胎与免疫学对基础免疫来说,鸡免疫系统是一个无价模型,而且对基础免疫原理做出了开创性贡献。其贡献可表达在以下很多方面:(1)移植物抗宿主反应和淋巴细胞在适应性免疫中关键作用都是利移植物抗宿主反应和淋巴细胞在适应性免疫中关键作用都是利用鸡胚和鸡首次发觉;用鸡胚和鸡首次发觉;(2)法氏囊提供了第一个实质性证据表明有两种淋巴细胞系,即法法氏囊提供了第一个实质性证据表明有两种淋巴细胞系,即法氏囊起源淋巴细胞氏囊起源淋巴细胞(B 细胞细胞)产生抗体和胸腺起源
17、产生抗体和胸腺起源T 细胞参加细胞介导细胞参加细胞介导免疫反应;免疫反应;第22页(3)基因转换首次在鸡中描述,而且需要独特法氏囊环境,鸡就是基因转换首次在鸡中描述,而且需要独特法氏囊环境,鸡就是利用这种机制产生它抗体库。利用这种机制产生它抗体库。随即也发觉一些哺乳动物也存在基因转换;(4)第一个被测序非哺乳动物主要组织相容性复合物第一个被测序非哺乳动物主要组织相容性复合物(major histocompatibility complex,MHC)就是鸡就是鸡 M H C;鸡MHC很小,结构紧凑,比哺乳动物约小20倍,特殊之处于于鸡MHC与抵抗传染病亲密相关;(5)第一个弱减毒疫苗是由巴斯德针
18、对鸡禽霍乱病原体开发,第一第一个弱减毒疫苗是由巴斯德针对鸡禽霍乱病原体开发,第一个抗马立克氏病病毒疫苗也是为鸡开发个抗马立克氏病病毒疫苗也是为鸡开发;第23页(6)利用鸡另一项突破,即对孵化利用鸡另一项突破,即对孵化18 天鸡胚进行疫苗接种天鸡胚进行疫苗接种能够提供孵化后雏鸡早期保护,这种胚胎免疫接种现已广泛用能够提供孵化后雏鸡早期保护,这种胚胎免疫接种现已广泛用于禽业生产实践;于禽业生产实践;(7)广泛而强化免疫会造成一些病原体毒力增强,广泛而强化免疫会造成一些病原体毒力增强,如马立克氏病病毒和传染性法氏囊病病毒,这些发觉也是利用鸡群首次说明。第24页(六)鸡胚胎干细胞(六)鸡胚胎干细胞胚胎
19、多能干细胞是能够增生和自我更新未分化细胞,而且能分化成胚胎多能干细胞是能够增生和自我更新未分化细胞,而且能分化成全部类型体细胞和生殖系细胞。全部类型体细胞和生殖系细胞。刚产出新鲜鸡种蛋胚盘呈规则圆形,含有大约104106个细胞,依据Eyal-Giladi等对鸡胚胎发育阶段划分,此时胚胎处于第IXXI期。第25页 鸡多能干细胞鸡多能干细胞(pluripotent stem cell)起源于起源于X 期胚盘细胞和期胚盘细胞和孵化孵化 5.5 天性腺原始生殖细胞天性腺原始生殖细胞(primordial germ cell,PGC)。起。起源第源第X 期胚盘胚胎干细胞期胚盘胚胎干细胞(embryoni
20、c stem cell,ESC)含有全能含有全能性,在体外分化能够形成内、中、外性,在体外分化能够形成内、中、外 3 个胚层和包含生殖腺在内个胚层和包含生殖腺在内各种细胞。各种细胞。当嫁接到CAM上,ESC能分化形成各种各样细胞类型,并试图组织成复杂结构。另外,将ESC注射到未孵化X期胚盘,在许多胚胎组织和生殖系中都能发觉该ESC存在,而且形成胚体和生殖系嵌合体潜能高度依赖于培养条件,并随传代而降低。第26页起源于PGC胚胎生殖细胞也是多能干细胞,鸟类PGC主要来自于第X期胚胎明区中央盘,以后这些细胞逐步分化过程与胚胎发育过程相互独立。EG首次发觉于小鼠,随即在人、鸡和猪中也发觉。作为多能干细
21、胞EG能够经过以一个非分化状态克隆扩增以长久自我更新,而且在体外可分化形成胚体,形成胚体含有代表三个胚层细胞和极少分化祖细胞和前体细胞混合细胞群。主要是,证实和正常基因组印记方式一样(包含X染色体失活),含有正常稳定核型。第27页 当前,当前,EG 移植研究已经在各种模型中展开,希望能够确定其移植研究已经在各种模型中展开,希望能够确定其在治疗各种人类疾病在治疗各种人类疾病(如糖尿病和泌尿系统和神经系统紊乱等如糖尿病和泌尿系统和神经系统紊乱等)中潜中潜在用途。在用途。鼠、猪和鸡EG表明能产生嵌合体动物,其中包含可生殖系遗传。与最终实现细胞治疗为目标人胚胎干细胞研究不一样,鸡胚胎干细胞技术最主要应
22、用领域是以胚胎干细胞体外培养与遗传修饰为技术平台家禽转基因技术。经过胚胎干细胞技术对禽类目标基因进行遗传修饰与操作,这在胚胎发育基础研究、转基因禽类生产以及家禽育种等方面含有巨大应用前景。第28页(七)鸡胚胎研究方法(七)鸡胚胎研究方法鸡胚胎含有轻易取得、与人胚相同和易于外科操作等很多优势,所以一直作为经典胚胎生物学模型用于科学研究。即使分子时代已经到来,不过对禽类胚胎操作研究方法却仍存在着各种试验限制,主要是执行目标基因靶向突变或转基因研究困难。在过去十几年中,已经发展了许多瞬时转基因瞬时转基因方法,允许在早期胚胎发育中有效改变靶基因功效,即能够使目标基因钝化或过表示,进而使对下游相关基因转
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