五种流行的模式生物,第二部分

通过各种Addgenies

通过贾斯汀NgAlyssa Cecchetelli

科学是一个不断发展和要求很高的领域,需要各种生物和分子工具。其中一个这样的工具是生物模型,它是生物研究的一个重要方面,它定义了我们对生物过程和发展的理解。模式生物通常具有遗传、生理或发育特征,这使它们成为实验室环境研究的理想对象。我们讨论了在之前的一篇博文中有五个模型生物,但这里还有另外五种模式生物,它们对科学界产生了历史性的影响。

(退房这篇博客看到更多的新兴模式生物的遗传系统!)

大肠杆菌

最容易识别和利用的模式生物之一是大肠杆菌。该细菌作为模式生物已有60多年的历史,是研究最多的原核生物。它的增长速度快,规模小,成本低,这是可以理解的大肠杆菌是微生物学和生物化学中最流行的细菌有机体。某些菌株已被专门培养成能在实验室环境下茁壮成长的菌株。它最吸引人的特点之一是它的稳定性和易于获得的生长条件。作为兼性需氧生物,它在有氧或无氧情况下都能茁壮成长。此外,它作为生物安全1级微生物的地位使它成为介绍性教学和研究环境的完美候选人(Idalia & Bernardo, 2017)。

大肠杆菌的彩色扫描电镜图
大肠杆菌。从图片NIAID

大肠杆菌通常是“分子生物学工具箱”的一部分,用于质粒操纵和遗传学研究。质粒是研究基因改造的理想工具,因为它们易于操作和它们的复制能力。因为大肠杆菌易于繁殖,世代时间约为20分钟,它们最适合分子克隆和代谢工程。

大肠杆菌基因组有着广泛的研究历史和特征。天然存在于大肠杆菌在分子生物学研究中使用。例如大肠杆菌生物素连接酶,BirA,已用于鉴定和研究蛋白质之间的相互作用距离标记技术BioID(Roux等人,2012年)顶点(Rhee等,2013)。研究使用大肠杆菌有潜力解决微生物研究的许多领域,如代谢。运输,生物膜,还有更多。因为它是生物安全一级的,大肠杆菌可以作为一个模型,在更多的致病菌(布朗特,2015)。

鼠形

鼠形,或者老鼠,是另一种流行的模型生物。它们是老鼠的近亲,由于它们的体型、生理和基因与人类相似,它们都是伟大的哺乳动物模型。然而,老鼠在生理、智力和人类对应方面有一些关键的差异,这使它们成为一种疾病模式(Iannacconeet al ., 2009))。老鼠比老鼠大,这使得它们在某些涉及手术或成像的研究中更有用。

一只老鼠从一个透明的罐子里爬出来
鼠形。从图片斯塔凡Vilcans

大鼠生理学也更容易研究,而且有时与人类疾病和条件更密切相关。例如,老鼠经常被用来研究人类心血管疾病,特别是中风和高血压(Iannacconeet al ., 2009))。啮齿动物也经常被用于一系列神经科学研究(艾伦布鲁克和杨,2016)。由于这些原因,大鼠曾是医学研究中最常用的哺乳动物模型,其信息和数据档案尚未用小鼠产生(Iannaccone等人,2009年)。

虽然老鼠作为一种模范生物有它的好处,但它远非完美。老鼠最具限制性的特性之一是它们难以操纵基因组和有限的遗传数据。为了填补这一空白,老鼠基因组测序项目进行了大规模测序,得出的结论是,几乎所有与疾病相关的人类基因在老鼠(吉布斯等人,2004)。此外,基因修饰的工具和方法等方面的突破CRISPR极大地提高了科学家使用老鼠作为疾病模型的能力。

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包含鼠形基因!

墨西哥蝾螈(墨西哥钝口螈)

美西螈
钝口螈,也就是蝾螈。从图片AJC1

墨西哥蝾螈是最独特的模式生物之一,以其令人难以置信的再生能力而闻名。美西螈有能力再生复杂结构,如四肢、脊髓和内部器官,包括心脏、大脑和肺(麦卡斯克和加德纳,2011年)。由于许多调节再生和伤口愈合的生物过程和信号通路是跨物种保存的,研究美西螈可能揭示了人类具有类似程度的再生潜力。此外,蝾螈有许多与年龄相关的表型变化,这些变化与在人类中观察到的相似。因此,了解它们的生命周期和再生能力的过程有望为人类衰老的病理发展提供线索(维埃拉等人,2019)

除了再生能力外,美西螈还有几个吸引人的特点,使它们成为理想的模范生物;它们的维护和繁殖相对简单,而且它们有大的、易于修改的胚胎,这是观察和操纵整个发育周期的理想条件。大多数涉及蝾螈的研究集中在胚胎学和生物化学方面。虽然一开始受到限制,但美西螈基因组测序的进展极大地扩展了美西螈的研究。最重要的进展之一是对整个蝾螈基因组的测序,揭示了大量与肢体再生相关的基因(维埃拉等人,2019)。为了研究再生,科学家们创造了分子生物学工具来培育转基因蝾螈,用于一系列不同的研究。田中艾莉的实验室已经构建了几种用于蝾螈的载体,包括用于CRISPRTol2转座酶诱导转基因

非洲爪蟾蜍

非洲爪蟾蜍在科学界,青蛙是最受欢迎的两栖动物模型之一,早期的研究为我们提供了一些最重要和最基本的生物过程的见解。它们的许多遗传和发育模式是保守的,这使它们成为人类疾病研究的伟大模型。它们最吸引人的特征之一就是它们的蛋。青蛙的蛋很大,不透明,而且大量生产,这使它们很有用在活的有机体内研究。这些特性使蛙卵成为发育和生物医学研究中最有用的工具之一。

青蛙
非洲爪蟾,又名非洲蛙。从图片Holger Krisp

青蛙基因组与人类基因组具有高度的同源性,因此常被用于研究脊椎动物胚胎学和细胞发育。青蛙研究的一个主要资源是国家非洲爪蟾蜍资源,繁殖设施x光滑的x tropicalis这是两种最常用的蛙类。(Liu等人,2016)。研究青蛙最流行的工具包括卵子移植和显微注射。例如,mrna的注射可以通过分析来了解胚胎发生期间和之后的人类疾病等位基因。Addgene有超过含有爪蟾基因的600个质粒和一个作为工具Hamdoun实验室在包括非洲爪蟾在内的众多生物体中创造荧光融合。总的来说,科学家在这样一个受控的环境中研究人类疾病相关基因的能力显示了青蛙作为生物医学模式生物是多么重要。

拟南芥

拟南芥是世界上公认的植物模式生物之一。凭借其广泛的科学史、高度特征的基因组和广泛的应用,拟南芥对理解植物和作物科学做出了重大贡献。

拟南芥具有许多成为理想模式生物的特征:快速发育,大量后代(产生许多种子),自受精,一个小但高度特征的基因组,易于在实验室环境中保持。什么设置拟南芥除了其他植物模式生物之外,它在研究方面的发展和定义是彻底的(克莱默,2015)。因此,大量的分子工具,如基因操作和诱变技术,可用于科学界。

拟南芥基因组计划标志着它的广泛传播拟南芥遗传学研究进展。拟南芥到2000年完全测序了吗,成为第一个对整个基因组进行测序的植物(Koornneff和Meinke, 2010)。从那时起,世界各地的科学家开始研究每个基因的功能。一些关键的遗传学研究拟南芥包括了解不同植物物种之间的等位基因变异和影响适应的代谢特性。

拟南芥
拟南芥花。从图片BlueRidgeKitties

如果你正在研究拟南芥,请查看GreenGate工具包它允许特别设计用于拟南芥的结构物的容易克隆。还有一些重要的提示植物的转换以及使用教室里的拟南芥在我们的博客。

现在你已经了解了更多关于实验室中流行的模式生物的知识,来看看吧Addgene的质粒集合来帮助你开始实验!


引用:

布朗特,Z. D.(2015)。大肠杆菌无穷无尽的潜力。ELife 4。https://doi.org/10.7554/elife.05826

M. Blum, & Ott, T.(2018)。爪蟾:一种被低估的用于研究和模拟人类遗传疾病的模型生物。细胞,组织,器官,205(5-6),303-313。https://doi.org/10.1159/000490898

吉布斯,温斯托克,G,梅茨克,M。et al。褐挪威鼠的基因组序列揭示了哺乳动物的进化。自然428年,493 - 521(2004)。https://doi.org/10.1038/nature02426

Iannaccone, P. M, & Jacob, H. J.(2009)。老鼠!疾病模型与机制,2(5-6),206-210。https://doi.org/10.1242/dmm.002733

Idalia V.-M。N. & Bernardo, F.(2017)。大肠杆菌作为模式生物及其在生物技术中的应用。大肠杆菌生理学、发病机制和生物技术应用的最新进展。InTech。https://doi.org/10.5772/67306

Koornneef, M., & Meinke, D.(2010)。拟南芥作为模式植物的发展。植物学报,61(6),909-921。https://doi.org/10.1111/j.1365-313x.2009.04086.x

克莱默,(2015)。在生态环境中种植拟南芥的分子功能。ELife 4。https://doi.org/10.7554/elife.06100

赵,刘,l S l . Y。Wang S H。&江j.p.(2016)。两栖模式生物研究进展。董武学研=动物学研究,37(4),237-245。https://doi.org/10.13918/j.issn.2095-8137.2016.4.237

麦卡斯克,C., &加德纳,D. M.(2011)。美西螈再生和衰老研究的模型:一个小综述。老年医学,57(6),565 - 571。https://doi.org/10.1159/000323761

Modlinska, K., & Pisula, W.(2020)。挪威老鼠,从令人讨厌的害虫变成了实验室宠物。ELife 9。https://doi.org/10.7554/elife.50651

Vieira, W. A., Wells, K. M., & McCusker, C. D.(2019)。美西螈再生和老化模型的进展。老年医学,66(3),212 - 222。https://doi.org/10.1159/000504294

C T。,关,郭,J。,刘,B。,,Y。,谢,Z,张C &兴,X.-H。(2018)。整合CRISPR干扰筛选使细菌基因组规模的功能基因组学研究具有优越的性能。自然通讯,9(1)。https://doi.org/10.1038/s41467-018-04899-x

Yokoyama Maho。(2020年5月28日)。大肠杆菌是一种模范生物。News-Medical。2020年9月18日从https://www.news-medical.net/life-sciences/E-coli-as-a-Model-Organism.aspx

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