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斑马鱼 @@@@

斑马鱼身体延长而略呈纺锤形,头小而稍尖,吻较短,全身布满多条深蓝色纵纹似斑马,与银白色或金黄色纵纹相间排列。在水族箱内成群游动时犹如奔驰于非洲草原的斑马群,故此得斑马鱼之美称。斑马鱼和人类基因有着87%的高度同源性,作为模式生物的优势很突出,这意味着其实验结果大多数情况下适用于人体。常可用于水质环境的监测。斑马鱼也是比较好养的一种鱼。

中文学名
斑马鱼
拉丁学名
Barchydanioreriovar
别称
蓝条鱼、花条鱼、蓝斑马鱼、印度鱼、印度斑马鱼
二名法
Daniorerio
动物界
脊索动物门Chordata
亚门
脊椎动物亚门
辐鳍鱼纲Actinopterygii
亚纲
新鳍亚纲
鲤形目Cypriniformes
鲤科Cyprinidae
(鱼丹)属Danio
斑马鱼D.rerio
分布区域
孟加拉、印度、巴基斯坦、缅甸、尼泊尔的溪流

目录

形态特征

斑马鱼体长4~6厘米。体呈纺锤形。背部橄榄色,体侧从鳃盖后直伸到尾未有数条银蓝

色纵纹,臀鳍部也有与体色相似的纵纹,尾鳍长而呈叉形。雄鱼柠檬色纵纹;雌鱼的蓝色纵纹加银灰色纵纹。

种群分布

分布于孟加拉、印度、巴基斯坦、缅甸、尼泊尔的溪流。被引进美国、斯里兰卡、菲律宾、模里西斯等地。[1]

环境特征

性情温和,小巧玲珑,几乎终日在水族箱中不停地游动。易饲养,可与其他品种鱼混养。饲养水温20~23℃,在水温11~15℃时仍能生存,对水质的要求不高。日常饲养时,在水族箱底部放些鹅卵石,使水质清澈。

雌雄鉴别

雄性体型细长,颜色略深,条纹较为显著,为深蓝色条纹间柠檬色条纹;雌鱼身体肥胖,颜色稍淡,为蓝色条纹间银灰色条纹,在性成熟后腹部肥大。

生长繁殖

斑马鱼属卵生鱼类,4月龄进入性成熟期,一般用5月龄鱼繁殖较好。繁殖用水要求pH6.5~7.5,硬度6~8,水温25~26摄氏度。喜在水族箱底部产卵,斑马鱼最喜欢自食其卵,一般可选6月

龄的亲鱼,在25厘米×25厘米×25厘米的方形缸底铺一层尼龙网板,或铺些鹅卵石,繁殖时产出后即落入网板下面或散落在小卵石的空隙中。选取2~3对亲鱼,同时放入繁殖缸中,一般在黎明到第二天上午10时左右产卵结束,将亲鱼捞出。其卵无粘性,直接落入缸底,到晚上10时左右,没有受精的鱼卵发白,可用吸管吸出。繁殖水温24℃时,受精卵经2~3天孵出仔鱼;水温28℃时,受精卵经36小时孵出仔鱼。雌鱼每次产卵300余枚,最多可达上千枚。水温25℃时,7~8天的仔鱼开食,此时投喂蛋黄灰水,以后再投喂小鱼虫。斑马鱼的繁殖周期约7天左右,一年可连续繁殖6~7次,而且产卵量高。其繁殖力很强,是初学饲养热带鱼的首选品种。

发育阶段

斑马鱼的发育分为6个阶段:卵裂期,囊胚期,原肠胚期、分裂期、成形期和孵化期。

科学利用

斑马鱼是一种常见的热带鱼。[2]斑马鱼体型纤细,成体长3~4cm,对水质要求不高。孵出后约3个月达到性成

熟,成熟鱼每隔几天可产卵一次。卵子体外受精,体外发育,胚胎发育同步且速度快,胚体透明。发育温度要求在25~31℃之间。斑马鱼由于个体小,养殖花费少,能大规模繁育,且具许多优点,吸引了众多研究者的注意。经过30多年的研究应用和系统发展,已有约20个斑马鱼品系,斑马鱼基因数据库里有相关的资料可供查询和下载,方便了研究。斑马鱼的细胞标记技术、组织移植技术、突变技术、单倍体育种技术、转基因技术、基因活性抑制技术等已经成熟,且有数以千计的斑马鱼胚胎突变体,是研究胚胎发育分子机制的优良资源,有的还可做为人类疾病模型。斑马鱼已经成为最受重视的脊椎动物发育生物学模式之一,在其它学科上的利用也显示很大的潜力。由于斑马鱼基因与人类基因的相似度达到87%,这意味着在其身上做药物实验所得到的结果在多数情况下也适用于人体,因此它受到生物学家的重视。因为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。此外,雌性斑马鱼可产卵200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并找到病因。

斑马鱼由于养殖方便、繁殖周期短、产卵量大、胚胎体外受精、体外发育、胚体透明,已成为生命科学研究的新宠。全球范围内有超过1500个斑马鱼实验室。利用斑马鱼,可以研究生命科学的基础问题,揭示胚胎和组织器官发育的分子机理;可以构建人类的各种疾病和肿瘤模型,建立药物筛选和治疗的研究平台;可以建立毒理学和水产育种学模型,研究和解决环境科学和农业科学的重大问题。

目前我国有250个以上的实验室利用斑马鱼开展相关科学研究。为进一步加强国内斑马鱼研究人员之间的交流,在2011年广州举办的第二届全国斑马鱼研讨会上,包括孟安明院士在内的全国斑马鱼研究学术集体商定,今后的全国性斑马鱼会议采取“PI大会”和“研究大会”的形式交替隔年举行,并决定自2012年起固定在水生所召开“全国斑马鱼PI大会”。第三届全国斑马鱼研究大会将于2013年10月11日至14日在苏州福朋酒店(江苏省苏州市工业园区月亮湾路8号)举行,并由全国斑马鱼研究联盟主办,苏州大学生物钟研究中心承办。[3]

2012年10月10日至12日,第一届全国斑马鱼PI大会在中国科学院水生生物研究所召开。国家斑马鱼资源中心

第一届理事会名誉理事长朱作言院士、理事长孟安明院士、国家自然科学基金委员会生命科学部谷瑞升处长,以及来自中国大陆、香港、台湾和美国等地的斑马鱼相关科研人员共90余人参加了本次大会。

大会开幕式由孟安明院士主持。朱作言院士介绍了国家斑马鱼资源中心成立的背景及有关情况。水生所所长赵进东院士致欢迎辞。国家斑马鱼资源中心主任孙永华研究员作中心建设进展报告,并介绍了国家斑马鱼资源中心揭牌仪式暨理事会成立大会的相关情况。本次大会共分为六场报告,37个口头报告。美国加州大学洛杉矶分校的林硕教授作了有关利用斑马鱼构建亨廷顿舞蹈症模型的大会特邀报告。其他研究者分别从早期发育、信号通路、器官发育、疾病模型、环境健康等方面研讨了斑马鱼研究领域的最新进展。[4]

我国现有250多个实验室利用斑马鱼开展相关科研工作,全国斑马鱼研究学者一致呼吁尽快在水生所建立国家级的斑马鱼资源中心,以将国内各位学者构建和保存的各类斑马鱼突变株、转基因品系,以及工具质粒、抗体等集中储存,供国内同行分享,以优化资源、避免重复,促进国内斑马鱼研究的发展和壮大。水生所于2011年初启动斑马鱼资源中心的建设,先后获得了科技部国家重大科学研究计划和中科院重点部署项目的重点支持。此次国家斑马鱼资源中心揭牌成立对于我国斑马鱼研究具有标志性意义。

2012年10月10日上午,国家重大科学研究计划斑马鱼资源中心(即国家斑马鱼资源中心,ChinaZebrafishResourceCenter)揭牌仪式暨理事会成立大会在中国科学院水生生物所举行。朱作言院士、孟安明院士、科技部基础司司长张先恩及处长傅小锋、湖北省科技厅厅长刘传铁、中科院武汉分院党组书记陈平平、中科院生命科学与生物技术局副局长苏荣辉、国家自然科学基金委生命科学部处长谷瑞升等有关领导及相关高校和科研单位的专家,以及水生所所长赵进东院士、党委书记兼副所长胡征宇研究员、副所长徐旭东研究员等参加了揭牌仪式。

揭牌仪式由徐旭东副所长主持,所长赵进东院士致欢迎辞。名誉理事长朱作言院士宣布国家斑马鱼资源中心理事会成立,并介绍了国家斑马鱼资源中心筹建的相关情况及理事会成员。理事会成员孟安明院士、刘传铁厅长、苏荣辉副局长、张先恩司长分别发言。有关领导分别代表科技部基础司、国家自然科学基金委生命科学部、中科院生物局、湖北省科技厅为国家斑马鱼资源中心揭牌。

同时,由朱作言院士任名誉理事长、孟安明院士任理事长的国家斑马鱼资源中心第一届理事会成立,并召开第一届理事会第一次会议。会议由理事长孟安明院士主持,国家重大科学研究计划项目首席科学家彭金荣教授和中心主任孙永华研究员分别向会议作报告。会议审议通过了《国家斑马鱼资源中心章程(试行)》。中心定位为在科技部国家重大科学研究计划支持下建立的非营利性科研服务性机构,中心以斑马鱼研究资源的收集、创制、整理、保藏和分享为主要任务,以服务于全国斑马鱼研究学者为主要宗旨。

品种改良

如何在更深层次上认识生命的本质,更好地解决人口、健康和环境问题,已成为关系到人类生存和发展的重大问题。模式生物在推动生命科学发展中发挥着极其重要的作用。

斑马鱼具有繁殖能力强、体外受精和发育、胚胎透明、性成熟周期短、个体小易养殖等诸多特点,特别是可以进行大规模的正向基因饱和突变与筛选。这些特点使其成为功能基因组时代生命科学研究中重要的模式脊椎动物之一。

科学研究

在国际上,斑马鱼模式生物的使用正逐渐拓展和深入到生命体的多种系统(例如,神经系统、免疫系统、心血管系统、生殖系统等)的发育、功能和疾病(例如,神经退行性疾病、遗传性心血管疾病、糖尿病等)的研究中,并已应用于小分子化合物的大规模新药筛选。我国开展斑马鱼相关的研究无论在规模还是在重视程度上都远远落后于国际形势发展的需要。推动和发展斑马鱼模式生物在我国生命科学研究中的广泛使用是本中心的宗旨。在国家科技部重大科学研究计划的支持下,我们汇集优势,整合我国现有的斑马鱼主要研究力量,在未来几年内逐步建立全国共享的斑马鱼模式动物研究技术和资源库,向国内同行提供斑马鱼资源、信息和技术支撑。本着提高服务效率和质量为原则,我们在上海和北京分别建立国家斑马鱼模式动物南方中心和北方中心。南方中心依托于中国科学院上海生命科学研究院,北方中心依托于北京大学和清华大学。两个中心本着优势互补的原则,共同开发研究技术和资源,以辐射状向国内研究人员提供服务,积极推进我国斑马鱼相关科学研究。

主要技术和资源服务内容:

  1. 斑马鱼基因表达分析服务:包括抽提斑马鱼基因组DNA和总RNA,核酸原位杂交探针制备和纯化,全胚胎原位杂交技术,显微注射技术,基因过表达(over-expression)和基因下调(morpholinoknockdown)技术

  2. 斑马鱼转基因技术服务:包括各类斑马鱼非特异性和组织特异性启动子的克隆,基因组BAC文库筛选与修饰,基于Tol2转座子的转基因质粒的构建,以及子一代转基因系的筛选和保存

  3. 斑马鱼基因功能活体检测服务:包括清醒斑马鱼在体共聚焦/双光子显微镜成像技术和在体电生理记录技术

  4. 动物行为范式分析服务:包括感觉相关的应激行为、视觉运动行为、学习记忆行为和药物成瘾行为等

  5. 斑马鱼基因突变技术服务:包括插入诱变和ENU化学诱变技术。

  6. 斑马鱼转基因资源库和突变体资源库服务:包括研制、收集和分发各种斑马鱼转基因品系和突变体

  7. 信息服务:包括建立斑马鱼资源信息网络数据库和提供斑马鱼基因组生物信息学分析服务。

转基因斑马鱼的制备主要采用两种方法:通过Tol2转座子构建组织特异性表达报告基因的方法;利用特定基因的启动子/增强子驱动报告基因在特定细胞组织中表达的方法。

首先构建以Tol2转座子为基础的enhancertrap载体,

报告基因选用GFP或RFP,最小启动子来自斑马鱼gata2基因;将上述载体与体外转录得到的Tol2转座酶的mRNA共同注射到斑马鱼的单细胞受精卵中,受精卵长大后成为founder;Founder外交(out-cross)得到F1代胚胎,从中挑选出对于报告基因具有组织特异性表达模式的胚胎,拍照记录后分类培养;F1长大后通过linker-mediatedPCR的方法鉴定对应于GFP(或RFP)表达图式的Tol2插入位点,并通过与已知基因组数据比较,对插入位点进行定位与分析;通过外交纯化得到转基因鱼,直至得到只含有单个插入品系的转基因鱼。通过克隆特定基因的启动子/增强子或BAC修饰法构建在特定组织器官或特定胚胎发育阶段表达报告基因的转基因品系。BAC方法如下:在斑马鱼基因组计划网站上通过BLAST将感兴趣的基因定位到已知的contig上,并通过contig信息寻找包含所选基因的BACID号;通过同源重组的方法对上述BAC克隆进行修饰,将报告基因引入原有的BAC克隆;将修饰过的BAC克隆通过显微注射的方法引入斑马鱼受精卵,连续观察并挑选具有特异表达模式的转基因鱼;将上述成鱼外交得到F1代,在F1代中筛选具有特异表达模式的成鱼,即得到所需的转基因品系。

科学启发

为盲人带来福音

在放大2.1万倍的照片中可以清楚的看到耳蜗内的“毛细胞”

斑马鱼因为它具有自我修复破损视网膜的独特能力。

英国科学家1日说,他们首次发现,人类视网膜中细胞与斑马鱼相似,并计划在5年内将研究结果用于失明患者治疗,让他们重见光明。

这项研究仅在英国就能为成百上千名患者带来希望。英国皇家盲人学会的安尼塔·莱特斯通说:学会对这一研究结果感到非常高兴,这可能有助于治疗因视网膜受损引起的失明。帮助大量疾病患者困扰。

尽管手术治疗已指日可待,但研究人员仍担心,患者手术后会因移植他人细胞而产生排斥反应。研究人员说,如果能够激活人类体内不具活性的放射状胶质细胞,使它们自己分化为新的视网膜细胞,将是治疗这类疾病的最佳办法。利姆说:“我们下一阶段将研究阻碍人类放射状胶质细胞自我再生的因素。一旦找到原因,离最终方案就更近一步。

毛细胞或可治耳聋

内耳中的一种毛细胞(haircell)是人类听觉不可或缺的一环

华盛顿大学西雅图分校的一个研究团队一直在对一种水族馆里常见的观赏鱼类──斑马鱼进行研究,试图解决人类听力丧失的问题。和许多其他水生生物一样,斑马鱼在身体表面长有毛细胞。毛细胞的作用是探测水中的振动,其原理与人类内耳中的毛细胞相似。与人类不同的是,斑马鱼的毛细胞在受损后还可以再生。研究人员希望他们的工作可以揭开谜底,保护人类的毛细胞免受损伤、并推动毛细胞的再生。

进行另一组研究,试图了解导致斑马鱼、鸟类和老鼠的毛细胞再生的基因和其他分子。有一项研究发现了一种似乎可以让动物毛细胞再生的发育蛋白。在研究中,一名团队成员发现了小鸡的毛细胞受损后体内一种蛋白质的含量(小鸡的毛细胞可以再生)有所上升。

参与这些实验的科学家们说,使用药物防止听力丧失的临床实验有可能会在十年内实现。但是,找到利用毛细胞再生治疗听力丧失的办法可能还需要至少20年的时间。“利用这种(促进毛细胞再生的)方法,我们希望有朝一日可以找到一种方法让听力能够自然地得到恢复。”

肢体再生之谜

德国康斯坦茨大学科学家11月宣布,他们30年的研究,成功解开动物肢体再生之谜。

康斯坦茨大学贝格曼研究小组通过对斑马鱼的研究,证明视黄酸是再生过程中必不可缺的物质。斑马鱼是肢体再生能力最强的动物之一,它的鳍、鳞和部分心脏都可以再生。

贝格曼称这项成果是“一个巨大的成功”。因为20多年来,科学家们一直不清楚视黄酸对断肢再生起到怎样的作用。

经科学家研究,斑马鱼的鳍再生之前,伤口由多层组织封闭起来。断肢点下的细胞会失去自身的特性而形成胚基。研究人员发现,斑马鱼通过特殊的遗传机制,让视黄酸控制胚基形成,从而完成鳍的再生。

视黄酸在动物、包括人体内由维生素A合成,可以激活再生所必要的基因。此前已有研究表明,妇女在怀孕期间未摄入足够维生素A可能会导致婴儿发育不全。这项研究成果尚无法应用到人类截肢再生治疗。《人民日报》(2011年11月26日03版)

与免疫学关系

斑马鱼作为免疫学新模式生物的优点在于:

(1)与传统的免疫学模式生物——小鼠相比,斑马鱼有体型小,子代数量多,培育要求低,易于养殖,饲养成本低,便于开展大规模研究。

(2)斑马鱼个体发育过程是在全透明状态下完成,使得整个心血管系统的发育过程能十分完整的被观察。特别是免疫系统个体发育的相关资料,是无法从小鼠上所进行的实验中轻易获得的。

(3)先期对斑马鱼的遗传学研究积累的丰富突变库也为研究免疫相关基因的功能提供了条件。

(4)在已知生物中,鱼类是最早具备获得性免疫系统的纲。

这就使得对斑马鱼免疫系统的研究成为人们了解非特异性免疫系统和获得性免疫系统进化与功能相互关系的重要工具。这个独特的免疫系统进化地位还赋予了斑马鱼作为免疫学研究模式生物的另一重要优势,即其成体可以在没有胸腺、淋巴细胞生成的情况下存活传代,这又是小鼠模型无法比拟的。1999年,Herbomel等在观察斑马鱼的巨噬细胞个体发育时发现,处于胚胎发育早期的斑马鱼巨噬细胞就具有对外源微生物大肠杆菌高效吞噬的能力。在受精30小时后,胚胎巨噬细胞就已经可以吞噬清除局部组织中的外源微生物。系统中注射大肠杆菌后,5小时后即可在局部被斑马鱼巨噬细胞清除,且此时除了感染局部的30~50个活化巨噬细胞外,未接触病原体的巨噬细胞也同样表现出活化特性,这提示斑马鱼体内可能还存在与哺乳动物相类似的细胞因子或趋化因子系统。

应用

视网膜修复

斑马鱼因为它具有自我修复破损视网膜的独特能力。人类视网膜中也拥有类似斑马鱼能够修复视网膜的细胞,并计划在5年内将研究结果用于失明患者治疗,让他们重见光明,这可能有助于治疗因视网膜受损引起的失明。

听觉修复

华盛顿大学西雅图一直在对斑马鱼进行研究,试图解决人类听力丧失的问题。和许多其他水生生物一样,斑

马鱼在身体表面长有毛细胞。这些毛细胞的作用是探测水中的振动,其原理与人类内耳中的毛细胞相似。但是,与人类不同的是,斑马鱼的毛细胞在受损后还可以再生。研究人员希望他们的工作可以揭开谜底,保护人类的毛细胞免受损伤、并推动毛细胞的再生。
  另一组研究试图了解导致斑马鱼、鸟类和老鼠的毛细胞再生的基因和其他分子。有一项研究发现了一种似乎可以让动物毛细胞再生的发育蛋白。在研究中一名团队成员发现了小鸡的毛细胞受损后体内一种蛋白质的含量(小鸡的毛细胞可以再生)有所上升。参与这些实验的科学家们说使用药物防止听力丧失的临床实验有可能会在十年内实现。但是找到利用毛细胞再生治疗听力丧失的办法可能还需要至少20年的时间。

水质监测

斑马鱼可监测水质

斑马鱼的基因与人类基因相似度达到87%,这意味着在它身上得出的水质监测结果,多数情况下都适用于人

类。香港水务署研发生物感应预警系统,利用斑马鱼配合计算机和互联网作24小时监测和预警,并透过发光菌进行快速毒性检测,60分钟内可甄别逾1000种水中有害物质,每次成本亦只需50元港币。署方估计每年可节省200万元港币的开支。深圳水务集团开天源公司研发的水质毒性监测系统RTB,也是利用斑马鱼的这一特点进行水质监测。已在深圳各水司水厂广泛使用。