实验模式动物——斑马鱼(拉丁学名:Barchydanio rerio var)

摘 要:

斑马鱼容易饲养,易于管理,是国际标准化组织认可的5种鱼类实验动物之一,是发育生物学、遗传学、毒理学等研究常用的模式生物。斑马鱼作为模式实验动物具有诸多特性,其基因与人类基因的相似度达到87%,其实验结果大多数情况下适用于人体;斑马鱼胚胎透明,容易观察到药物对其体内器官的影响;雌性斑马鱼可产卵数百枚,胚胎在24小时内就可发育成形,因此可以在同一代鱼身上进行不同的实验。

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斑马鱼(Barchydanio rerio),又名蓝条鱼、花条鱼、斑马担尼鱼,属于辐鳍亚纲(Actinopterygii)、鲤科(Cyprinidae)、短担尼鱼属(Danio)的一种硬骨鱼。原产自印度东部、巴基斯坦、缅甸、孟加拉国等南亚地区,是一种常见的热带鱼。

斑马鱼是国际标准化组织认可的5种鱼类实验动物之一,已经成为发育生物学、遗传学、毒理学等研究常用的模式生物。

一、生物学特性

斑马鱼整体呈纺锤型,身体细长、尾部稍侧扁,头微尖,臀稽较长,尾鳍呈叉型。斑马鱼眼眶虹膜黄色,泛红光。体侧有像斑马一样的纵向条纹,体长为4-6 cm。雌雄鉴别较容易,雄鱼的蓝色条纹偏黄,间以柠檬色条纹;雌鱼的蓝色条纹偏蓝而鲜艳,间以银灰色条纹,身体比雄鱼丰满粗壮,各稽均比雄鱼短小。

实验模式动物——斑马鱼(拉丁学名:Barchydanio rerio var)

斑马鱼属低温低氧鱼,其耐寒性和耐热性都很强,饲养容易,对水质要求不严,水温以22-26℃为宜,可与其它小型鱼混养。繁殖力强,繁殖水温以24℃为宜,繁殖周期约7天左右,每年可繁殖6-8次。雌雄鱼的交配行为受光刺激,可以通过调控光周期或控制雌雄鱼的接触而控制产卵时间。每尾雌鱼每次产卵300粒左右,体型较大者有时可以产上千粒。卵子体外受精,体外发育,胚胎发育同步且速度快,胚体透明。受精卵在28.5℃培养条件下约40min完成第一次有丝分裂,之后大约每间隔15 min分裂一次;24 h后,主要组织器官原基形成,各个脑室、眼睛、耳、血细胞、体节等均清楚可见。大约两天后仔鱼卵黄囊消失,可游动摄食。发育温度要求在25-31℃之间。幼鱼约2个月后可辨雌雄,5个月可达性成熟。

二、易于饲养管理

斑马鱼饲养条件比较粗放,其性情温和,活泼好动,喜在上层水域活动觅食,对饵料不挑剔,各种鱼虫及人工饲料均可投喂。

目前,国内外已经发展了多种斑马鱼养殖设备。国内已建成自动化控温控光和水循环处理的斑马鱼专用养殖系统,并建立了较为完善的相关研究技术平台。建立了国家斑马鱼模式动物中心(http://www.zfish.cn/),为国内研究人员提供斑马鱼资源、技术和信息服务 。

三、分子遗传学特征

斑马鱼有25对染色体连锁群,已完成组装的序列总长度为1.63×109 bp,已注释的编码基因21503个、RNA基因3421个。

斑马鱼的基因组中含有约30000个基因,这个数目与人的差不多,而且它的许多基因与人体存在对应关系,更为难得的是,斑马鱼的肿瘤情况与人极为类似,因此,斑马鱼作为一种理想的分子生物学模式生物,拥有其它脊椎动物所无法比拟的优点。

斑马鱼的细胞标记技术、组织移植技术、单倍体育种技术、随机及靶基因定向诱变技术、转基因技术、基因过量表达技术、基因活性抑制技术、体细胞克隆技术等已经成熟。如:利用斑马鱼可以很方便地进行在低等模式生物(线虫、果蝇)上进行的细胞标记和细胞谱系跟踪,也可像利用爪蟾一样做胚胎的细胞移植。此外,还可培育单倍体及进行基因组倍增。

2004年,美国华盛顿大学医学院的研究人员培育出无菌斑马鱼,这是全世界范围内第一次获得这种无菌动物。这一成果不仅是在无菌实验动物领域取得的一次新进展,同时也为研究肠道内有益菌与动物的共生关系开启了一扇窗口。因为斑马鱼进入成年期后整个身体呈透明状态,所以对于观察有益细菌对动物肠道发育的影响,斑马鱼提供了宝贵而独特的条件。此外,研究人员还将无菌斑马鱼与普通条件下喂养的斑马鱼进行了对比研究。结果发现,无菌斑马鱼体内有212个基因的表达水平发生了改变。

四、斑马鱼作为模式生物的优点

1、斑马鱼基因与人类基因的相似度达到87%,这意味着其实验结果大多数情况下适用于人体,作为模式生物的优势很突出。

2、斑马鱼的胚胎是透明的,所以生物学家很容易观察到药物对其体内器官的影响。

3、雌性斑马鱼可产卵数百枚,胚胎在24小时内就可发育成形,这使得生物学家可以在同一代鱼身上进行不同的实验,进而研究病理演化过程。

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