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爪蟾——模式动物中的青蛙王子

发表日期:2009-08-19来源:放大 缩小

  爪蟾属(Xenopus)是脊索动物门脊椎动物亚门两栖纲无尾目负子蟾科属。现有14 种。广泛分布于非洲撒哈拉沙漠以南。它的形态特征:眼小,位于头背上方,无眼睑,无舌。咽鼓管孔单个。成体仍有侧线器官;体肥壮、流线型。后肢粗壮,趾蹼极发达,是适应水生生活的特征;内侧3趾末端有,故名爪蟾。雄蟾体长约为雌蟾的1/2, 雌蟾肛部有皮肤褶3个(即肛唇)。蝌蚪头扁,口角各有一细长触须,无角质颌和角质齿。成熟爪蟾在早春或夏末产卵。在繁殖期中,雄蟾紧抱雌蟾的胯部,用后肢挟雌蟾所产出的单粒卵在肛唇处稍作停留,随即沿雄蟾腹面的浅沟,下滑粘附于水草上。一年可产卵1~1.5 万粒。爪蟾是终生水栖的。蝌蚪摄食浮游生物,出水孔一对(属于双出水孔型),位于体腹面中部两侧;尾肌发达,尾腹鳍前达腹部,尾后部纤细呈丝状,不停地摆动。遇到干旱时,爪蟾可爬行短距离另寻水源,但一般常伏在冷湿的土下,身体逐渐消瘦。再入水后,会不停地捕食小的鱼、蟹、虾、昆虫,特别能消灭大量蚊虫的卵和孑孓,还吞食本种的幼蟾和大量的畸形蝌蚪,这时体重迅速增长。

  我们常用青蛙王子来称呼这个实验室的宠儿,因为爪蟾是实验胚胎学常用实验动物,很早就用于诊断早期妊娠(孕妇的尿注入爪蟾腹腔后,5~20 小时以后,爪蟾即可排卵或排精)。在胚胎学研究中,非洲爪蟾是主要的两栖类动物模型。非洲爪蟾,属于比较原始的蛙类,学名: Xenopus laevis, 它缘何得名?这和它典型的外形特征是分不开的。“Xenopus”是拉丁语,意思为特殊的足,非洲爪蟾后足发达,有五趾,有发达的蹼,其中内侧3趾末端有角质化的爪,故而得名爪蟾;“laevis”意思为光滑的,是指其皮肤光滑。加上非洲爪蟾广泛分布于非洲撒哈拉大沙漠以南地区,故而称为非洲爪蟾,俗名光滑爪蟾,非洲爪蟾等。非洲爪蟾的优势在于取卵方便,在实验室条件下,它可以常年产卵,不受季节限制。只要注射激素,雌体第1 天就可以产卵,而且产卵量很大,可以通过人工授精获得受精卵。非洲爪蟾的成熟卵子具有明确的植物极和动物极,受精作用引起皮质运动。爪蟾胚胎经过卵裂、囊胚、原肠胚、神经胚、尾芽期等阶段,蝌蚪到两个月时完成变态。幼体要生长12年才能达到性成熟。由于非洲爪蟾的卵子和胚胎个体较大,很方便进行实验胚胎学研究,如显微注射、胚胎切割和移植等。其早期胚胎发育很快,在2 4 下受精后天左右就可以孵化成可以自由游动的蝌蚪。虽然非洲爪蟾作为动物模型有很多优点,但是它很难进行遗传学研究。这主要是由于其生命周期过长,同时,它是假四倍体,多数基因存在四个拷贝,很难进行遗传突变实验。

  然而发育生物学总是有令人惊喜的报道,近年来,非洲爪蟾的研究学者引进一新的模式动物-Xenopus tropicalis  X. tropicalis 在演化上为非洲爪蟾的近亲。其外型与非洲爪蟾类似,但体型却只有一半,且发育周期只需半年。最重要的是,其基因特性与其它的模式动物一样为双倍体(diploid)。而新的研究报告也证明几乎所有使用在非洲爪蟾的研究技术,包括基因转殖、原位杂交、一次抗体、核酸探针等,都可轻易的应用在X. tropicalis上。 这些结果对于以非洲爪蟾作胚胎研究模式动物的学者而言,实有人定胜天的喜悦。再加上千禧年时才刚建立以antisense morpholino oligonucleotide微注射至非洲爪蟾的胚胎,可以忠实地踢除其标地基因。这些振奋人心的结果也说服了美国国家卫生院及其它机构着手进行X. tropicalis的基因组译码计划。

  在未来数年甚至下个世纪,以Xenopus tropicalis作为发育生物学研究的重要模式动物仍将独领风骚。

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