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在荧光显微镜下,一条通体透明、腹部散发着荧光绿色的转基因青鳉鱼悠然自得地在水中畅游,李名友聚精会神地观察着这条凝聚他多年心血的青鳉鱼.别小瞧这条身长不过一个手指的小鱼,从它身上,人们获得了世界首例“试管精子”以及世界首例半克隆鱼.不久的将来,这些技术将运用到更多的脊椎动物中,甚至包括人类,李名友正在透过这条小鱼,探索生命繁衍生息的奥秘.
以青鳉为模式生物的缘起
在生物学领域,生物学家习惯通过对选定的生物物种进行科学研究,用以揭示某种具有普遍规律的生命现象,这种被选定的生物物种就被称为模式生物.对生物学家而言,选取合适的模式生物作为研究对象尤为重要.19世纪末20世纪初,人们发现,如果把关注的焦点集中在相对简单的生物上,发育现象的难题便可以得到部分解答.李名友从2000年进入中国科学院水生生物研究所研究遗传学伊始,就和生物的生殖繁衍结下不解之缘,选择便于研究的模式生物也成为一切研究的基础.
提到模式生物,人们首先会想到小鼠.小鼠和人类亲缘关系近,和人类共享着80%的遗传物质和99%的基因,在生物学领域应用广泛,是当今世界上研究最详尽的哺乳类实验动物,然而,其胚胎深埋于母体子宫中而无法进行胚胎学观察.鱼类体外产卵,胚胎透明,可以很好地弥补这一缺陷,而且鱼类的胚胎发育在体外进行,因此鱼类成为研究发育生物学的优良品种.从鱼类生殖细胞研究中获得的信息,可以为了解其他动物、包括人类的繁衍或不育提供重要线索和新的见解,鱼类生殖细胞的研究将为生物生殖细胞学和生殖工程学提供大量有用信息.
鱼类模式生物中,以斑马鱼应用最为广泛.除斑马鱼外,青鳉也因其独特的优势占有一席之地.青鳉是一种原产东亚的小型卵生淡水硬骨鱼,胚胎透明,在28℃下培养,其胚胎10天后便可孵化,两三个月内达到性成熟；成鱼体型较小,大约3～4厘米长；青鳉鱼适应性强,能够在4℃～40℃的范围内生存.和斑马鱼相比,它的基因组较小,只有斑马鱼的一半,具有成熟的细胞培养技术、有性染色体、性别决定的性别分化基因等；青鳉鱼的发育在体内进行,早期阶段便于观察.
所有的这些优势,让青鳉鱼成为研究生殖生物学、干细胞学和发育生物学等方向的良好模式物种,李名友以青鳉为模型,建立起方法学,然后运用于应用研究.
建立性控育种基础平台
物种的延续和繁衍主要依靠生殖细胞,在鱼类及许多其他的生物中,生殖细胞在胚胎发育早期就已形成,且由原始生殖细胞发育而来,任何一个发育过程的缺陷都会导致不育,要想保证生殖的万无一失,就要对整个发育过程进行全程监督.
“青鳉不仅胚胎透明,而且还有成体透明的品系,利用生殖细胞被特异标记过的转基因青鳉鱼,从胚胎发育到成体阶段,可以很清晰地观察到生殖细胞发育的全过程.”李名友说,“这样就可以发现生殖基因在生殖细胞发育的哪个阶段起作用”,为了解鱼类的繁殖育种建立了理论基础,为阐释人类的不育机制做出必要补充,利用这一原理,可以开发辅助生殖技术,协助缺少任何阶段生殖细胞的不育病人完成生殖活动.
此外,性别决定和性别分化在鱼类进化、生殖和生产过程中有特殊的意义.鱼类的性别分化有着惊人的多样性：很多重要的经济鱼类,特别是海水鲈形目种类如石斑鱼类,常常会发生性逆转——既有先雌后雄型,也有先雄后雌型.在很多鱼中,性别不同,生长速度的差异也很大,有的是雄性长得快,如鲤鱼、罗非鱼和黄颡鱼等；有的是雌性长得快,如牙鲆、半滑舌鳎和虹鳟等.李名友介绍说,青鳉有性别染色体,有雄性和雌性决定基因,其性别决定机制研究较为透彻,用它做模式物种,便于研究性别决定机制,为性控育种建立基础平台.
这种通过人为干预,使动物繁育按照人们所希望的性别繁殖后代的性控技术,在我国鱼类水产业已有应用,如全雄黄颡鱼,全雌鲤鱼和雌性比例占优势的牙鲆等,大大提高了渔业的经济效益.在这其中,了解生殖细胞的发育全过程以及性别决定和分化的机制,就可以为正确使用性控技术提供理论支持.
“借腹怀胎”技术
2009年,世界上首例半克隆青鳉鱼“霍莉”诞生.霍莉是由单倍体细胞的嵌合卵发育而来,单倍体细胞只有一套染色体,进行细胞核移植时,只需把单倍体细胞移植到未去核的卵母细胞,就能保证父母双方对后代遗传信息的贡献,而且能像正常受精发育一样,产生一个新的、不可预知的父母双方遗传特性的结合体,为单倍体胚胎干细胞核能够模拟精子授精并产生后代提供了直接的理论依据和实验证据,这是半克隆技术区别于克隆技术的关键.
在半克隆技术基础之上,李名友正在研究“生殖细胞移植——借腹怀胎技术”这一项目.生殖细胞移植是调节鱼类生殖的重要细胞工程技术,譬如使用转基因的生殖细胞获得鱼类新品种,从亲缘关系较近的小型鱼类代替亲本获得重要大型经济鱼类的配子,利用冷冻生殖细胞技术可保存濒危物种的基因资源等.“借腹怀胎”技术将在发展可持续渔业及保护生物学领域发挥其巨大的潜能.
生殖干细胞和生殖细胞移植发展虽已有10多年历史,并在多种经济鱼类中取得了可观的成绩,但仍有诸多问题亟待解决——如性成熟周期过长、不育受体难以获得等生殖细胞移植技术从实验室走上生产应用还有一定距离,而模式鱼类如斑马鱼和青鳉,技术成熟、性周期短,可以很好地弥补这些缺陷；用模式鱼 经济鱼类,可以大大缩短育种周期,提高育种效率.青鳉很容易因为生殖细胞缺失而得到不育的受体,将标记的生殖细胞作为供体移植到青鳉囊胚、小鱼或成鱼中,得到的全是供体的后代.
利用青鳉的这一优势,李名友致力于研究生殖干细胞和受体体细胞之间相互作用的分子机制.这些研究为利用模式鱼“借腹怀胎”生产经济鱼类积累技术和建立技术平台,为遗传育种和濒危种质资源的保护和恢复提供新的思路和方法,最终建立模式生物 经济鱼类——借腹怀胎技术平台.
“借腹怀胎”技术在经济鱼类养殖业中的作用可见一斑,我国重要淡水经济鱼类草鱼是四大家鱼之一,但它的性成熟周期长,育种周期长,用模式鱼 草鱼,可以有效缩短草鱼的育种周期,提高草鱼生产的经济效益.此外,“借腹怀胎”技术还可应用于避免由近亲繁殖导致的种质资源退化问题,确保水产养殖的“优生优育”.探寻生命的延续和优质的繁育是李名友科研道路上永恒的话题.
如今,许多珍稀物种濒临灭绝,人类不育现象增多,这条散发着荧光绿的青鳉鱼,也许可以从某种程度上将珍稀物种的生命延续下去,为解决人类不育难题提供依据.生命的奥秘就像是广袤的海洋,在未来的研究中,李名友任重道远,他将带着他的青鳉小鱼在无际的海洋里畅游,让我们拭目以待更多的生命奇迹.
总结:本文关于繁衍生息论文范文,可以做为相关论文参考文献,与写作提纲思路参考。
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