幾乎所有生物技術(shù)的進步都是因為這些多細胞生物而成為可能的，這些多細胞生物也被稱為模式生物或只是“模型”。這些是用于研究各種生物現(xiàn)象，尤其是研究各種人類疾病的非人類物種。
文章索引（點擊跳轉(zhuǎn)）
為什么黑腹果蠅成為理想的模式生物？
使用秀麗隱桿線蟲作為模式生物進行的研究示例
為什么秀麗隱桿線蟲被認為是一種很好的模式生物？
使用小鼠作為模式生物的優(yōu)勢
轉(zhuǎn)基因小鼠或轉(zhuǎn)基因小鼠
什么是裸鼠？
使斑馬魚成為研究的重要模型的因素是：
使用 thale cress 作為模式生物的優(yōu)勢
使用熱帶爪蟾作為模式生物的好處
使用豚鼠作為模式生物的研究示例
研究模式生物以了解人類的各種生物過程。由于倫理問題，人類不能被用作模式生物。所有生物的共同血統(tǒng)使研究人類的代謝和發(fā)育途徑成為可能。
作為研究模型，生物體必須具有以下特征：
它應(yīng)該體積小，在實驗室條件下易于管理。
模式生物應(yīng)該具有大量繁殖的能力。
模式生物的較短世代時間有助于研究人員同時研究不同世代。世代時間是個體出生到其后代出生之間的時間段；換句話說，我們可以說世代時間是兩個連續(xù)世代之間的時間段。
模式生物和人類之間某些基因的相似性有助于找出與該特定基因相關(guān)的特征或疾病。
生命周期短的有機體是首選，它們的生長/營養(yǎng)需求應(yīng)該最低。
模式生物必須對其全基因組進行測序，并且對人類無害。
一些用作研究模型的多細胞生物的例子有：
果蠅（黑腹果蠅）
線蟲（秀麗隱桿線蟲）
西部爪蛙（非洲爪蟾）
老鼠（Mus musculus）
斑馬魚（斑馬魚）
豚鼠 (Cavia porcellus)
你一定見過小蒼蠅坐在腐爛的水果和蔬菜上；這些蒼蠅被稱為黑腹果蠅（果蠅）。這些果蠅現(xiàn)在已成為研究遺傳學(xué)的流行無脊椎動物模型。許多對果蠅的研究表明，遺傳物質(zhì)存在于染色體中。
為什么黑腹果蠅成為理想的模式生物？
它的生命周期很短，生成時間為 12 天。
它們的小尺寸和最小的生長要求使科學(xué)家能夠在小型實驗室中輕松培養(yǎng)它們。
在其一生中，雌性果蠅每天可以產(chǎn)下多達 50 個卵。
它們具有含有碳水化合物和蛋白質(zhì)（酵母提取物）的飲食的最低營養(yǎng)需求。
他們的整個基因組已經(jīng)被測序，他們只有4對染色體。基因可以很容易地被操縱，這使科學(xué)家能夠了解特定基因的作用；這使它們成為研究遺傳學(xué)的完美模型。
果蠅和人類之間大約有 60% 的基因相似性。許多常見基因與癌癥和其他遺傳疾病有關(guān)。
秀麗隱桿線蟲是一種長約1毫米的透明體的線蟲。它有一個不分節(jié)的圓柱形身體，有一個假結(jié)腸（pseudocoloem），它缺乏呼吸和循環(huán)系統(tǒng)。秀麗隱桿線蟲是第一個在 1980 年底完成全基因組圖譜的多細胞生物。秀麗隱桿線蟲有兩種性別：雄性 (XO) 和雌雄同體 (XX)。這些雌雄同體的蠕蟲具有雄性和雌性性器官（卵睪）。受精發(fā)生在內(nèi)部。
為什么秀麗隱桿線蟲被認為是一種很好的模式生物？
它有一個透明的身體，使研究人員能夠密切監(jiān)測不同發(fā)展階段發(fā)生的變化。
C. elegans，就像人類一樣，對他們喜歡和不喜歡的事物做出反應(yīng)。這使其成為人類行為研究的完美模型。
2-3 周的短生命周期有助于在短時間內(nèi)監(jiān)測發(fā)育階段。
C. elegans有兩種性別；XO雄性和XX雌性雌雄同體。這些雌雄同體的雌性能夠自我受精，并能產(chǎn)生數(shù)百個后代。這種自我受精的能力有助于將其用作模式生物，因為它可以自我受精并產(chǎn)生大量后代，并且不依賴雄性受精。
秀麗隱桿線蟲體型非常小，營養(yǎng)需求最低。它們以細菌為食，因此可以通過使它們以大腸桿菌等細菌為食，在實驗室中輕松生長。
C. elegans 可以在 80°C 的冷凍狀態(tài)下儲存，然后在需要時解凍以進行進一步研究。
它們在神經(jīng)系統(tǒng)疾病和心臟和腎臟疾病等研究中充當(dāng)潛在的模型生物。
在有利的條件下，它們每天可以生產(chǎn) 1,000 多個雞蛋。
使用秀麗隱桿線蟲作為模式生物進行的研究示例
與年齡相關(guān)的神經(jīng)系統(tǒng)疾病，如帕金森病，是由于 α-突觸核蛋白以路易體形式的積累而導(dǎo)致多巴胺能神經(jīng)元的損失。α-突觸核蛋白是一種有助于神經(jīng)傳遞的神經(jīng)元蛋白，存在于大腦、肌肉和其他組織中。在 PD 中，α 突觸核蛋白的錯誤折疊會導(dǎo)致團塊的形成，最終損害腦細胞。秀麗隱桿線蟲的基因組沒有 α-突觸核蛋白的直系同源物；因此，線蟲可以用作模型生物來研究 α-突觸核蛋白變體在秀麗隱桿線蟲中過表達的影響。最初，人們認為 α-突觸核蛋白以路易體的形式積累會導(dǎo)致神經(jīng)元損傷。然而，一項關(guān)于秀麗隱桿線蟲的研究表明，可溶性寡聚體誘導(dǎo)神經(jīng)毒性，而不是 α-突觸核蛋白的不溶性聚集體。
線粒體，也被稱為細胞的發(fā)電站，以 ATP 分子的形式產(chǎn)生能量。線粒體功能障礙會導(dǎo)致許多嚴重的疾病，如 Leigh 綜合征、代謝紊亂和線粒體肌病。線蟲有許多導(dǎo)致人類線粒體疾病的直系同源基因。研究發(fā)現(xiàn)，在秀麗隱桿線蟲中抑制這些基因會導(dǎo)致許多發(fā)育缺陷。
用 S. typhimurium 感染 C. elegans 表明 p38MAPK 信號傳導(dǎo)參與了針對細菌的先天免疫反應(yīng)。
在實驗室中用于研究目的的小鼠稱為實驗室大鼠或?qū)嶒炇掖笫蟆嶒炇掖笫笫?Mus musculus 的 3 個亞種的雜交體：Mus musculus domesticus、Mus musculus musculus 和 Mus musculus casteaneous。這些實驗室大鼠有白色（白化小鼠）或黑色皮毛，而野生小鼠有棕色皮毛。與野生小鼠相比，實驗室大鼠的攻擊性更小，體重也更輕。
使用小鼠作為模式生物的優(yōu)勢
它的整個基因組已被測序，由于與人類基因組有 85% 的相似性，M. musculus（小鼠）通常被認為是完美的模式生物。
已經(jīng)對小鼠進行了許多研究，例如神經(jīng)退行性疾病、癌癥研究、衰老等。
它們的妊娠期很短，大約 3 周，一次可以產(chǎn)下 3 到 10 個后代。
轉(zhuǎn)基因小鼠或轉(zhuǎn)基因小鼠
研究人員可以在發(fā)育過程的某些階段突變或改變小鼠的某些基因。這有助于得出關(guān)于特定基因功能的結(jié)論；這些老鼠被稱為轉(zhuǎn)基因老鼠或轉(zhuǎn)基因老鼠。
什么是裸鼠？
裸鼠是沒有胸腺的轉(zhuǎn)基因或轉(zhuǎn)基因品系。我們知道胸腺負責(zé) T 細胞的產(chǎn)生和成熟，這是細胞介導(dǎo)免疫的重要組成部分。由于缺乏 T 細胞，這會導(dǎo)致免疫力受損。它們是通過破壞 FOXN1 基因在實驗室中產(chǎn)生的。FOXN1 基因負責(zé)人類頭發(fā)、指甲和免疫力的發(fā)育。它們在實驗室中用于深入了解免疫反應(yīng)、癌癥和艾滋病等主題。
斑馬魚（斑馬魚）是一種常見于南亞的淡水魚，在研究中被廣泛用作脊椎動物模式生物。它長約2.5厘米至4厘米。雄性比雌性更苗條、更瘦。它們常見于溪流、運河、池塘和稻田中。它們是雜食性動物，以昆蟲幼蟲、浮游植物、蠕蟲等為食。
使斑馬魚成為研究的重要模型的因素是：
自 1960 年代以來，斑馬魚 (Danio rerio) 一直被用作模式生物。他們的全基因組已被測序；這使研究人員能夠通過在其中產(chǎn)生突變來研究某些基因的功能。
斑馬魚體型較小，即使在預(yù)算較低的小型實驗室中也很容易處理。
它們需要較少的維護，并且每周可以產(chǎn)生大量后代，這使它們成為藥物篩選的寶貴模型。
透明的斑馬魚幼蟲有助于研究內(nèi)部結(jié)構(gòu)的發(fā)育。
在斑馬魚中，受精發(fā)生在雌性體外（體外受精），這有助于研究人員研究和監(jiān)測發(fā)育的早期階段。
斑馬魚已被用于研究某些疾病（如癌癥、肌肉萎縮癥等）背后的生物學(xué)過程。
斑馬魚和人類之間有 70% 的基因相似性，使其成為研究人類疾病的完美模型。
斑馬魚可以在幾周內(nèi)修復(fù)受損的心肌。科學(xué)家們正在探索斑馬魚的這種獨特能力，并試圖找出造成這種情況的具體因素。如果我們能找到修復(fù)人類心臟的方法，這將是一項偉大的成就。
斑馬魚擁有參與代謝過程的所有器官，因此，它們可用于研究人類許多與代謝相關(guān)的疾病。以斑馬魚為動物模型，對非酒精性脂肪肝、肝病和 II 型糖尿病等疾病進行了研究。
A. thaliana (thale cress) 是一種維管植物，有白色的花朵。它被認為是植物和農(nóng)業(yè)科學(xué)中流行的模式生物。它是第一個繪制全基因組圖譜的植物，這使其成為了解植物分子生物學(xué)、開花和發(fā)育的流行模型。
使用 thale cress 作為模式生物的優(yōu)勢
擬南芥基因組較小（~135Mb），便于遺傳作圖，而且由于其體積小，易于在小空間內(nèi)培養(yǎng)，并產(chǎn)生大量種子。
它已被用于了解植物與其致病病原體之間的相互作用。
它的生成時間短，生長要求有限。他們很容易照顧。
A. 擬南芥可作為農(nóng)桿菌的轉(zhuǎn)化載體，因此可用于植物遺傳學(xué)。它有助于生產(chǎn)抗病原體作物。
開發(fā)速度非常快，只需 5-6 周。
通過用誘變化學(xué)物質(zhì)處理種子或?qū)⑺鼈儽３衷谀承┹椛湎拢梢院苋菀椎剡M行突變。
非洲爪蟾，又稱西爪蛙，是蛙類的一種。它的自然棲息地包括河流、沼澤、淡水湖泊、亞熱帶或熱帶潮濕的森林等。熱帶百合長約5厘米，雌性比雄性大20%。他們的眼睛位于頭頂?shù)母咛帯Ｋ淖ψ油耆Y(jié)合在一起。背面呈深褐色，帶有黑色灰色小斑點。它以蚯蚓和昆蟲幼蟲為食，而蝌蚪則以浮游動物為食。X.tropicalis 已被用作研究脊椎動物早期發(fā)育的模型。
使用熱帶爪蟾作為模式生物的好處
它的整個基因組已被測序，這使其成為研究脊椎動物遺傳學(xué)和發(fā)育生物學(xué)的流行模式生物。
X.tropicalis 的世代時間很短，不到 5 個月。
X.tropicalis 的體型較小，因此它們不會占用太多空間，并且每次產(chǎn)卵可以產(chǎn)生大量的卵（最多 3000 個）。
在實驗室中，可以通過注射激素來人工誘導(dǎo)排卵。
胚胎在外部發(fā)育，這有助于研究發(fā)育的所有階段。可以通過將胚胎暴露于特定的化學(xué)物質(zhì)來對胚胎進行操作。
幾天之內(nèi)，卵子可以發(fā)育成透明的蝌蚪，這使得使用顯微鏡研究胚胎發(fā)育的不同階段變得容易。
X.tropicalis 和人類一樣是二倍體，因此，它已被用于研究比較遺傳學(xué)、胚胎發(fā)育和細胞生物學(xué)。
豚鼠是嚙齒動物的一種。自17世紀以來，對豚鼠進行了各種研究。但現(xiàn)在，它們被老鼠和實驗室老鼠所取代。許多研究，如肺結(jié)核和壞血病，都是使用豚鼠作為研究模型進行的。
使用豚鼠作為模式生物的研究示例
豚鼠在生物學(xué)上與人類相似，這使它們成為營養(yǎng)研究、抗生素作用、結(jié)核病和白喉疫苗開發(fā)以及以豚鼠為動物模型發(fā)現(xiàn)維生素 C 等研究的完美模型生物。
豚鼠模型已被用于研究結(jié)核病的發(fā)病機制。當(dāng)豚鼠被結(jié)核分枝桿菌感染時，它們會像人類一樣發(fā)展出原發(fā)性病變。
