| 词条 | 果蝇 |
| 释义 | § 简介 果蝇 果蝇，一种红眼、双翅、羽状触角芒、身体分节、黄褐色的小昆虫，在近百年间竟然能够“培养”出好几位获得诺贝尔奖的大科学家。是总为常见的模式生物之一。 果蝇英文俗名fruit fly或vinegar fly。果蝇科果蝇属昆虫。约1000种。果蝇分为白眼和红眼，白眼属于基因突变的结果，是位于X染色体的隐性遗传，因为它只有4对染色体。广泛用作遗传和演化的室内外研究材料，尤其是黄果蝇易于培育。其生活史短，在室温下不到两周。关於果蝇的遗传资料收集得比任何动物都多。用果蝇的染色体，尤其是成熟幼虫唾腺中最大的染色体，研究遗传特性和基因作用的基础。对果蝇在自然界的生物学了解得还不够。有些种生活以腐烂水果上。有些种则在真菌或肉质的花中生活。 § 外观特征 体型较小，身长3～4mm。近似种鉴定困难，主要特征是具有硕大的红色复眼。 § 生境习性 果蝇 果蝇类昆虫由於体型小，很容易穿过砂窗，因此居家环境内也很常见。在垃圾筒边或久置的水果上，只要发现许多红眼的小蝇，即是果蝇；果蝇类幼虫习惯孳生於垃圾堆或腐果上。 果蝇广泛地存在于全球温带及热带气候区，而且由于其主食为腐烂的水果，因此在人类的栖息地内如果园，菜市场等地区内皆可见其踪迹。除了南北极外，目前至少有1000个以上的果蝇物种被发现，大部分的物种以腐烂的水果或植物体为食，少部分则只取用真菌，树液或花粉为其食物。 在不供给食物的情况下，果蝇可存活50小时左右，在不供给水的情况下，果蝇无法活过一天。蛹期果蝇在其正常5天生活周期下可取食其体重3~5倍之食物，雌果蝇在产卵期每日可取用与其体重等重之食物。果蝇成虫的食物内需有醣类，而蛹期果蝇则可只依赖酵母即可生育。 § 优点与用途 果蝇的用途 作为实验动物，果蝇有很多优点。首先是饲养容易，用一只牛奶瓶，放一些捣烂的香蕉，就可以饲养数百甚至上千只果蝇。第二是繁殖快，在25℃左右温度下十几天就繁殖一代，一只雌果蝇一代能繁殖数百只。孟德尔以豌豆为实验材料，一年才种植一代。摩尔根最初以小鼠和鸽子为实验动物研究遗传学，效果也不理想。后来经人介绍，摩尔根于1908年开始饲养果蝇。果蝇只有四对染色体，数量少而且形状有明显差别；果蝇性状变异很多，比如眼睛的颜色、翅膀的形状等性状都有多种变异，这些特点对遗传学研究也有很大好处。对于这些有利的特点，摩尔根也不是一下子都认识清楚了的，而是后来在研究工作中逐渐体会到的。 由于摩尔根的实验室中饲养了很多果蝇，研究人员整天在侍候果蝇、观察研究果蝇，所以人称他领导的实验窒为“蝇室”。在摩尔根的领导之下，这个“蝇室”成了全世界的遗传学研究中心。他们的研究成果为全世界遗传学界所注目，他们写出的论文和著作是全世界遗传学家的必读书和重要参考文献。这个“蝇室”还培养出了许多著名遗传学家。 以前苏联的李森科为代表的一些人，曾大肆攻击摩尔根学派以果蝇为主要研究对象是毫无实际意义，是不关心国计民生。事实已经证明这种攻击是站不住脚的。从果蝇身上发现的遗传规律，对其它动植物、对人类也同样适用。理论上有了重要发展，在实践上也必将有重要意义。 § 果蝇的发育模式 分节基因 根据对果蝇等模式实验动物的研究，发现在卵细胞中，首先表达的是母体基因，这些基因在在滋养细胞中转录，然后被输入卵细胞，如bcd、hb、nos、cdl等基因。这些基因产物在胚形成时，沿前后轴形成一个浓度梯度，决定了胚的前后位置和头尾区域，这些母体基因的产物是一种DNA结合蛋白即转录因子，它激活分节基因的转录。 Bicoid（bcd）和Hunchback（hb）决定胚胎前端的形态，bcd基因失活会引起头胸部缺失，并使头区变为尾节的特征。Nanos（nos）和Caudal（cdl）等决定后端的形态，Torso（tor）决定胚胎末端的形态，这些基因共同决定胚胎的前后轴。 胚胎的背腹轴由20多个基因决定，其中Dorsal（dl）突变会引起胚胎背部化，胚胎只有背部结构而没有腹部结构，而cactus（cat）突变会引起胚胎腹部化。 分节基因的功能是把胚胎分为划分为体节，分为三类：间隙基因，成对基因和体节极性基因。这三组基因也是等级关系，间隙基因控制成对基因，成对基因控制体节极性基因。 间隙基因。如kr、kni等的基因产物将胚分为相当于3个体节的区域。间隙基因产物在它们各自的表达区内形成浓度梯度，这些梯度提供位置信息给成对基因。 成对基因的功能是把将间隙基因分成的区域进一步划分为体节，是胚胎分节的前奏。 体节极性基因如en、wg被成对基因激活，分别在每个体节的前、后部细胞中表达，以形成和维持体节结构。 体节极性基因又激活同源异形基因。决定每一体节的性质与形态特征，即选择体节向某个方向发育、分化，由于这类基因的产物都含有HD结构，所以又称为同源异形框（盒）基因。同源异形基因的突变导致发育的异常，如在本来该长触角的地方长出腿来（图14-11），而在该形成平衡棒的部位长出第二对翅。[1] § 研究 转基因果蝇 果蝇的研究转基因果蝇出世：可用激光照射遥控不再是电子产品的专利，科学家新培育出一种转基因果蝇，可以用激光照射来遥控它们的行为，让懒散的果蝇活动起来，开始爬行、跳跃或飞走。有关论文发表在最新一期的《细胞》杂志上。虽然遥控这种果蝇还不能像开遥控汽车那样方便，但有关方法对研究动物的神经和行为有着重要意义。 以前，科学家在研究动物行为的神经基础时，一般用电极刺激神经等方法。但这些方法是侵入性的，可能妨碍动物的行动甚至使其瘫痪，而且电极也不可能接触到整个神经系统里的每个神经元。 美国耶鲁大学医学院的神经生物学家将一个来自大鼠的基因植入果蝇体内，这个基因编码一种离子通道蛋白质。在环境中存在生物能量分子ＡＴＰ的情况下，该离子通道允许带电粒子通过细胞膜，从而传递电脉冲。 果蝇随后，研究者给果蝇注射因为被另一种分子包裹而处于不活动状态的ＡＴＰ分子。用紫外线激光照射果蝇，能使ＡＴＰ分子从束缚中解放出来，启动离子通道，使果蝇的神经受到电信号刺激。 实验显示，如果该离子通道蛋白质在控制果蝇爬行的多巴胺能神经元中表达，本来懒散的果蝇在激光照射下会变得过度活跃。如果离子通道表达在控制果蝇逃跑反应的大神经中，则激光可使果蝇跳来跳去、抖动翅膀并飞走。 研究者说，这一技术可用于研究生物的许多其他行为，例如求偶、交配和进食等。 连锁与交换定律 发现连锁与交换定律 各种生物染色体的数量是不多的，例如果蝇是4对染色体，豌豆是7对，玉米是10对，人也只有23对。但是，每种生物基因的数量要比其染色体数量多得多。既然基因是存在于染色体上，那么每条染色体上肯定不只有一个基因，而是有许多个。好多人都从理论上做出了这种推测，但是拿不出实验证据，他们根本无法确定某种生物的哪个基因是存在于它的哪一条染色体上。自然科学讲究实证，没有证据时理论是不能得到承认的，至多算是一种合理的假设。 第一个拿出这种证据的是摩尔根，证据来自对果蝇的研究。 在证明白眼突变基因是存在于果蝇的x染色体上之后，摩尔根又发现了残翅突变、朱色眼突变、黄身突变等也是伴性遗传，表明它们的基因也是存在于x染色体上。 孟德尔定律说，在形成配子时成对的基因互相分离，自由组合。根据细胞学研究结果，形成配子时是成对的染色体互相分离，自由组合，所以，只有不在同；条染色体上的基因才可以自由组合，而位于同一染色体上的基因则会连在一起遗传，这就是基因连锁。这种认识也是先从理论上推测出来，然后实验证实。 通过适当地选择交配对象，摩尔根得到了同时具有两种伴性遗传突变的果蝇，如白眼黄身果蝇。他让这种果蝇与普通的野生果蝇或具有不同伴性遗传突变的果蝇交配，果然发现了基因连锁。例如白眼黄身果蝇与野生的红眼灰身果蝇交配，后代中白眼黄身者或红眼灰身者占99％，而没有表现为连锁遗传的即白身灰身者或红眼黄身者，只占1％。 然而连锁并不是百分之百，而且不同基因之间的连锁程度有高有低。摩尔根因此提出，不同染色体之间在形成配子时会发生基因交换，这是由于染色体之间可能发生物质交换而引起的。 摩尔根又进一步想到，同一条染色体上的两个基因，相距越远则发生交换的可能性越大，因此，根据交换率的高低可以判断出基因之间的相对位置。综合大量实验结果、摩尔根绘出了果蝇4对染色体的基因图：把每条染色体上的所有基因排成一条直线，交换率越小的摆的位置愈近。在根本无法直接看到基因的情况下，摩尔根竞然绘出了这样的基因图，人们不得不佩服他的实验工作和逻辑推理都非常严密。 § 研究价值 果蝇的研究价值 在20世纪生命科学发展的历史长河中，果蝇扮演了十分重要的角色，是十分活跃的模型生物。遗传学的研究、发育的基因调控的研究、各类神经疾病的研究、帕金森氏病、老年痴呆症、药物成瘾和酒精中毒、衰老与长寿、学习记忆与某些认知行为的研究等都有果蝇的“身影”。 果蝇以发酵烂水果上的酵母为食，广泛分布于世界各温带地区。果蝇具有生活周期短、容易饲养、繁殖力强、染色体数目少而易于观察等特点，因而是遗传学研究的最佳材料。早在1908年由天才的遗传学家摩尔根把它带上了遗传学研究的历史舞台，约在此后30年的时间中，果蝇成为经典遗传学的“主角”。 科学家不仅用果蝇证实了孟德尔定律，而且发现了果蝇白眼突变的性连锁遗传，提出了基因在染色体上直线排列以及连锁交换定律。摩尔根1933年因此被授予诺贝尔奖。1946年，摩尔根的学生，被誉为“果蝇的突变大师”的米勒，证明Ｘ射线能使果蝇的突变率提高150倍，因而成为诺贝尔奖获得者。 在近代发育生物学研究领域中，果蝇的发生遗传学独领风骚。1995年，诺贝尔奖再次授予三位在果蝇研究中辛勤耕耘的科学家。果蝇为进一步阐明基因－神经（脑）－行为之间关系的研究提供了理想的动物模型。 专家认为，近一个世纪以来，果蝇遗传学在各个层次的研究中积累了十分丰富的资料。人们对它的遗传背景有着比其他生物更全面更深入的了解。作为经典的模式生物，果蝇在21世纪的遗传学研究中将发挥更加巨大而不可替代的作用。 |
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