水生生物学科学前沿及热点问题

鱼类遗传和鱼类免疫是水生生物学2个重要的中心议题.一些鱼类,如斑马鱼和青鳉等可作为研究遗传、发育和免疫等与生命相关科学问题的模型,斑马鱼等模型鱼类已成为生命科学、特别是脊椎动物进化发育生物学等重大发现的主角.随着重要养殖鱼类和水产动物全基因组研究的发展,一些与水产养殖相关的特殊生物学现象已从其进化适应的分子机制上得到了深入解析,并由此促进了2个现代的水产遗传育种生物技术,即基于分子模块设计育种体系和基于全基因组分型的选择育种途径的发展和应用.此外,鱼类及水产动物免疫机理与病害防控策略研究助推了脊椎动物发育和比较免疫学发展高潮的到来,也为抗病育种和病害防控提供了新的技术途径.总之,由于水产养殖已被认为是人类未来食物的重要来源,水生生物学的研究及其进步将是水产养殖可持续发展的源泉.     

鱼类性腺发育调控的生物技术应用前景分析

性腺是脊椎动物精卵发生的场所, 是生命繁衍的关键器官. 本文评述了通过调控特定基因表达与鱼类性腺发育, 培育性腺发育被完全抑制的转反义GnRH基因鲤鱼、特异剔除鱼类性腺中的转植基因以及在鱼类性腺中特异表达外源基因的研究进展, 认为鱼类性腺有望发展成为一种实施生物技术操纵的新型载体, 并探讨了鱼类性腺发育调控在转基因鱼的遗传生态安全对策研究以及新型生物反应器的研制等方面的应用前景.     

鱼类性腺发育调控的生物技术应用前影分析

性腺是脊椎动物精卵发生的场所,是生命繁衍的关键器官.本文评述了通过调控特定基因表达与鱼类性腺发育,培育性腺发育被完全抑制的转反义GnRH基因鲤鱼、特异剔除鱼类性腺中的转植基因以及在鱼类性腺中特异表达外源基因的研究进展,认为鱼类性腺有望发展成为一种实施生物技术操纵的新型载体,并探讨了鱼类性腺发育调控在转基因鱼的遗传生态安全对策研究以及新型生物反应器的研制等方面的应用前景.     

动物机器人:研究基础、关键技术及发展预测

动物机器人利用动物固有的感知、运动、能量供应和神经系统,通过神经信息干预,实现对生物运动行为的控制.这类特殊的机器人在运动稳定性、灵活性、环境适应性和自身运动能量供应等方面保持了天然的优势,具有重要的应用价值;同时,该研究涉及动物运动神经网络及外部调控信息与固有运动神经信息的交互作用机制等重大理论问题,是神经科学和机器人交互领域的重要研究方向.该研究高度融合了动物智能和机器智能,涉及动物行为学、神经科学、微机电技术、力学和通信技术等,是多学科交叉融合的前沿领域.本文回顾动物运动神经系统与运动行为调控之间的关系,系统梳理不同动物机器人的运动调控方法及系统构成,总结活动在水、陆、空不同空间中典型动物运动行为调控的研究进展,归纳分析动物机器人研究在运动调控方法、微电极植入、微刺激系统、通信导航和能量供应等研究中面临的关键问题,并预测未来的发展趋势.     

PCR扩增黄鳝和刺鳅SRY盒基因

性别是从酵母到人类几乎所有真核生物所共有的性状,性别决定机制的探索一直是生物学研究的热点之一,其研究工作涉及遗传、发育和进化等领域,它不仅具有重要的理论意义,而且对实现动物性别的人为控制,对认识人类性分化异常等多种与性别有关的疾病,准确地进行产前性别诊断和预防性连锁疾病等都有重大的现实意义,同时,对性别这一在进化上保守性状进行深入研究,将会为生物的进化分析提供新的线索。近年来,在人和哺乳动物性别决定机制的研究方面,已取得突破性进展。位于Y染色体上的SRY基因被认为是性别决定的关键基因。在胚胎发育过程中,它决定着睾丸的形成,由此决定着个体向男(雄)性方向发育。最近的研究表明,在其他染色体上以及在进化程度明显不同的物种中,也广泛存在SRY的同源基因。这些拟SRY基因现已被命名为SRY盒(SRY-box)或者SOX基因。鱼类约占脊椎动物种数的一半,作为较低等的脊椎动物,是从水生到陆生进化上的一个重要环     

海洋模式动物海鞘及其脊索发育与调控

海鞘属于尾索动物,是与包括人类在内的脊椎动物进化距离最近的无脊椎动物.海鞘幼虫背部具有脊索,是无脊椎动物和脊椎动物的过渡类型,在研究脊椎动物起源和脊索动物进化中具有非常重要的地位.海鞘还是滤食性生物类群,在控制碳流向等海洋生态过程中起重要调节作用.海鞘卵及胚胎透明、身体结构简单、胚胎发育的细胞谱系明确,是镶嵌型发育的典型模式动物.最近,随着几种海鞘基因组的解析以及基因和胚胎操作技术、细胞生物学和实时影像等技术在海鞘生物学研究中的应用,海鞘发育生物学研究取得了令人瞩目的进展.本文阐述了尾索动物的进化地位和海鞘的生物学特征及其海洋生态学功能,概述了现阶段海鞘生物学研究的技术手段和可共享的遗传材料及基因等网络资源,着重论述了模式动物玻璃海鞘的特征器官脊索的起源与发生以及脊索管腔形成所经历的复杂细胞学过程和分子调控机制,总结了最近国内外海鞘生物学研究进展,提出了未来的发展方向以及需要开展工作的重要领域.     

生长发育正常的无肌间刺草鱼突变体

通过人工诱导雌核发育纯合二倍体使突变基因的性状得以表现,筛选到无肌间刺草鱼突变体.无肌间刺草鱼突变体的脊椎、附肢和整个形体都正常,生长和运动也未见异常.这些结果证明:(ⅰ)肌间刺并不是草鱼身体支撑和运动所必需的;(ⅱ)肌间刺的发育有不同于脊椎骨和附肢骨的发育遗传调控机制;(ⅲ)用现代生物技术可以人工培育淡水主养鱼类的无肌间刺品种.统计分析结果表明,在雌核发育草鱼群体中无肌间刺草鱼突变体的比例极低,提示草鱼肌间刺的发育可能受多个基因控制,其调控机制及其复杂.无肌间刺草鱼突变体为寻找和确定特异性调控鱼类肌间刺发育的关键基因提供了难得的实验材料.     

脊椎动物附肢发育及进化机制的研究进展

动物形态的多样性造就了丰富多彩的动物世界.脊椎动物附肢形态的发生一直以来是研究物种形态进化发育的典型例子.脊椎动物的附肢在漫长的进化历程中发生了多次重大的改变,这大大提高了脊椎动物的适应性.另外,在由水生鳍向陆生足演化以及四足动物形态各异的四肢发育过程中,涉及很多与发育相关的基因和调控通路.本文结合发育生物学和遗传学的证据,综述了近年来对脊椎动物四肢发育及进化机制的相关研究,强调了基因的时空差异表达及调控是造成生物形态适应性进化的主要驱动力.     

非洲爪蟾在生态毒理学研究中的应用: 概述和实验动物质量控制

非洲爪蟾因为终生生活在水中易于饲养管理、常年可以排卵孵化、行体外受精和体外发育等特点, 而作为模型动物广泛用于生物学的研究, 并积累了大量相关的资料. 像其他两栖动物一样, 非洲爪蟾的胚胎和幼体直接暴露在水中, 对环境污染物比较敏感. 另外, 非洲爪蟾的性别分化和性器官发育对性激素和具性激素活性的内分泌干扰物十分敏感, 所以非洲爪蟾可用于内分泌干扰物的性激素干扰作用和生殖毒性的研究. 同时, 非洲爪蟾的变态发育对甲状腺激素和具甲状腺干扰活性的内分泌干扰物十分敏感, 所以非洲爪蟾也可用于环境物质甲状腺干扰作用的研究. 除此, 非洲爪蟾的生态毒理学研究可与目前生态学研究中的热点问题—两栖动物世界范围内的减少和畸形蛙的出现衔接. 基于以上几点, 目前已有越来越多的实验室将非洲爪蟾引入生态毒理学的研究. 实验动物质量关系着动物实验结果的科学性和可靠性, 这对毒理学研究尤为重要. 本文从水质、食物等环节对非洲爪蟾质量控制的问题做了初步讨论.     

黄瓜雄花发育过程中心皮原基形态、代谢及基因表达特征的研究

植物单性花的发育不仅是一种有趣的自然现象,而且对瓜果类作物的生产也有重要的应用价值. 长期以来,人们对雌雄同株异花的黄瓜在雄花的形成过程中心皮原基的发育特点了解很少,使得进一步的调控机理研究很难深入. 利用形态、代谢和分子生物学的研究方法,发现雄花中的心皮原基一直在缓慢进行形态建成,直至雄花开放前仍具有代谢活力及原基特异的基因表达特征. 这一发现为认识性别分化的机理展示了一个新的角度.     

辅酶类核开关的种类、结构和调控机制研究进展

核开关是一类保守的RNA元件,可以通过特异性识别小分子配体来开启或关闭下游相关基因的表达,进而调控细胞的生命活动。目前已鉴定出近60种核开关,它们分别识别不同的代谢物或小分子配体。随着这些核开关的发现,它们的序列特征、高级结构以及调控机制逐渐成为核开关领域的研究热点。截至目前,大部分核开关的三维结构已经被解析,相关研究不仅阐明了这些核开关对配体的特异性识别方式,还从分子层面阐释了其对下游基因表达的调控机制,为开发核开关相关应用提供了重要的研究基础。文章综述了目前已鉴定的核开关的种类和主要功能,详细探讨了辅酶类核开关的三维空间结构和配体识别机制,并展望了核开关的研究前景及潜在应用。     

小鼠β-簇珠蛋白基因LCR调控元件中DNase-I超敏感点Ⅲ(HS3)的研究

人与小鼠β-簇珠蛋白基因在结构与表达模式上存在极大的相似性.基因簇5’上游20kb内是一个Locus control region(LCR)顺式元件,由4个DNase-Ⅰ超敏感区(HSs)组成.相关的研究工作表明LCR对β-簇珠蛋白基因的红系组织专一性表达有重要作用,它的插入或缺失突变将导致基因表达的紊乱,甚至造成严重的贫血症状.近年来,人们对研究LCR调控元件在β-簇珠蛋白基因发育时期特异性表达中的调控机制给予了极大的关注.希望了解LCR元件中不同的HS是否参与β-簇珠蛋白基因的时期特异开关调节.转基因小鼠研究结果表明人LCR元件中HS3可能与发育早期的胚胎型珠蛋白基因的表达调控相关,但近来有关报道表明小鼠的HS3不为β-簇珠蛋白基因的开关所必需,并且仅部分参与了成年型的β-簇珠蛋白基因的调控.因此,HS3是否参与β-簇珠蛋白基因发育时期特异性的调控尚不完全清楚.     

颌的起源:发育生物学假说与化石实证的交叉

从分子生物学、发育生物学与古生物学等多角度评述了脊椎动物颌的起源研究中的最新进展.发育遗传学的一系列进展促成了颌演化异位理论的提出,即颌的起源,是在上皮-外胚层间质细胞相互作用中,由于口腔发育调控基因的异位表达所导致的一次演化上的创新.在无颌类七鳃鳗的发育过程中,外胚层间质细胞的向前生长由于受到中央鼻垂体板的阻挡,无法像有颌类那样发育成颌和颅桁.因此,该理论推测鼻垂体复合体的分裂是颌发育的最根本的先决条件,应该发生在颌的起源之前.鼻垂体复合体的分裂可能也是促成有颌类双鼻孔起源的一次关键的演化事件,它允许刺猬基因家族调控鼻基板的发育,从而形成侧位的鼻囊.盔甲鱼类是4.35~3.7亿年前生活在中国和越南北部的一种地方性色彩很浓的"甲胄鱼类".盔甲鱼类曙鱼脑颅的三维复原显示其成对的鼻囊位于口鼻腔两侧,而垂体管向前开向口鼻腔中部,三者彼此分开.因此,盔甲鱼类化石提供了无颌类鼻垂体复合体在颌起源之前分裂的关键证据,从而佐证了颌演化的异位理论.藉助于同步辐射X射线断层扫描技术,本文进一步揭示出盔甲鱼类可能已经具有了有颌类特有的颅桁衍生构造(譬如眶鼻间隔、筛骨板),为探讨脊椎动物脑颅在颌的起源之前如何重组提供了关键资料.在探讨颌的起源及相关问题上,盔甲鱼类较之于骨甲鱼类在很多方面是一个更好的对比模型.盔甲鱼类脑颅所揭示出的一些与有颌类共有的进步性状,表明盔甲鱼类有可能取代骨甲鱼类成为有颌脊椎动物的姐妹群.本研究提供了一个发育生物学假说与古生物化石实证相互交叉的有趣案例.     

高通量测序解析哺乳动物飞行进化的分子机制

蝙蝠(bats)是唯一能够自主飞行的哺乳动物,其前肢进化为翼手,手臂和手指显著延长,手指之间具有宽阔的指间膜.蝙蝠翼手发育与进化的分子机制,虽然已有十几年的研究历史,但仍然不明确.近期,利用先进的高通量测序技术,包括全基因组测序、转录组测序(RNA-Seq)和染色质免疫沉淀测序(Ch IP-Seq),研究者们发现大量调控蝙蝠翼手发育的差异表达基因和调控元件,证明蝙蝠翼手形成的主要原因是多基因表达模式的改变和表达调控元件的适应性分子进化.未来研究哺乳动物飞行进化的分子机制问题,应关注关键基因和重要调控元件的功能以及基因间的相互作用.     

果蝇——小昆虫的大成就

黑腹果蝇,俗称果蝇,是遗传学和发育生物学研究者的宠儿。作为生物学研究中最重要的一种模式动物,其研究历史已超过一个世纪。果蝇拥有许多其他模式动物无法比拟的优势,因此被广泛应用于研究胚胎发育、器官发生、疾病和动物行为的遗传调控机制。     

中国科学院生物物理研究所招聘博士后及副研究员

中国科学院生物物理研究所范祖森课题组主要从事免疫活性细胞发育分化调控、免疫细胞发育的信号转导、免疫活性细胞介导的抗肿瘤机制和肿瘤诊断靶标的鉴定及免疫治疗等领域的研究.近年来,在     

温度决定动物的性别

通常认为动物的性别是由性染色体决定的.近年来,发现具有完全不同的决定性别机制.通过对爬行动物试验观察,它们的性别并非由遗传性所决定的.而是在受精卵发育过程中,保存受精卵的温度决定其性别.1966年通过对蜥蝎的研究首次加以证实.以后通过对海龟的研究证明,海龟的后代性别与埋藏在巢穴中的受精卵受到太阳光照射的程度有关.如果将龟卵放置在20～27℃的温度下让它孵化,在这种环境下出生的小龟往往是雄的,如果放置在30～35℃温度下,出生的小龟是雌的.     

植物开花生热的生物功能及其调控机制研究进展

开花生热是某些植物科属在长期进化过程中形成的一项重要适应机制,有助于植物花器官抵御低温伤害,并且能够促进昆虫访花和传粉受精,对于确保植物的生殖成功具有重要的生物学意义.本文基于国内外近年来植物开花生热研究方面取得的重要进展,结合开花生热活体实时检测的技术发展,对植物开花生热的类型、生物学功能以及调控机制进行综述,并展望了植物开花生热研究领域亟待解决的重要问题.     

植物的发育:从细胞到个体

随着分子生物学研究手段的丰富,植物发育生物学也从宏观的植物形态观察走向了微观的细胞和基因水平的研究.植物本身有着显著不同于动物的胚后发育特征,这种发育模式赋予了植物极其灵活的发育可塑性以应对不同的生长环境.在长期进化过程中,植物正是通过持续的调整发育来适应外界环境变化,造就了植物界丰富的多样性.本文以植物干细胞的功能和调控为核心,阐述了干细胞调控植物胚后发育的模式以及植物内源激素对干细胞和植物发育调控的贡献,讨论了内源的遗传信息和外部的环境因素在植物发育过程中的整合,以及这些因素如何调控农作物的器官和形态发育,继而影响到作物的产量.     

蛋白凝集:STM调控植物干细胞活性的新机制

<正>与动物不同,植物一生都维持着器官发生的能力.植物的茎尖分生组织(shoot apical meristem)不仅具有干细胞,能够维持其自身活性,还能形成茎、叶和花等组织和器官,共同构成植物的地上部分.茎尖分生组织活性如何被精准调控是发育生物学的重要科学问题之一,也是一直以来研究的前沿和热点.