熒光斑馬魚 新冠疫情的影響，我就職的水生生物博物館

受COVID-19疫情影響，我工作的水生生物博物館提前宣布閉館。 作為國家科普教育基地，博物館每到春天就迎來大批游客。 通常在講解完展廳后，我們會引導他們前往參觀的下一站——博物館后面的斑馬魚中心。

斑馬魚中心的全稱是國家斑馬魚資源中心。 簡單來說，就是專門飼養斑馬魚并進行相關實驗研究的地方。 整個中心最引人注目的就是一排排大大小小的藍色魚缸——這是專門的斑馬魚養殖系統。 每組系統都是相互獨立的。 單個系統中有 45 個不同大小的“房間”。 整個系統循環隔離、整合，特別適合小型水生生物的養殖。

國家斑馬魚資源中心飼養斑馬魚的藍色魚缸。圖：少年英雄小黃雞

系統中的每個“房間”里都生活著一條3到5厘米長的小魚。 這就是該中心的核心“居民”——斑馬魚。

它們是人類生病時的解藥

作為原產于印度的小鯉魚，斑馬魚斑馬魚的配色比其他同屬魚類要優雅得多。 它銀灰色的小身體上只有幾條灰藍色的條紋。 的垂直線。

一種帶有斑馬條紋的小魚。 圖片：

很多前來參觀的游客都會問這樣的問題：這些斑馬魚不好看，看起來也不能吃。 它們有什么用？

所謂內行看門，外行看熱鬧。 對于生命科學相關領域來說，這些不起眼的斑馬魚是至關重要的模式生物。

生命科學中常用的四種模式生物：大腸桿菌、釀酒酵母、黑腹果蠅和擬南芥。 圖片：安德烈，/

所謂“模式生物”，是指科學家為科學研究而選擇的生物，以揭示某些具有普遍規律的生命現象，比如高中生物課本上出現的孟德爾使用的豌豆、摩根觀察到的果蠅等。 還有著名的豚鼠。 它們都是經典的模式生物。

“9331”是一個讓生物學生聽到會心一笑的密碼。 照片用真實的黃圓、綠圓、黃皺、綠皺豌豆生動地展示了孟德爾發現的自由基因組合規律。圖片來源：日歷女孩

生命科學研究離不開理想的模式生物，但由于長期缺乏理想的模式動物，脊椎動物發育和遺傳學研究滯后于無脊椎動物發育研究。

盡管小鼠引領了現代先進遺傳學的發展，但它們的胚胎深埋在母親的子宮中，使得研究人員很難觀察它們的發育。 雖然非洲爪蟾是胚胎學的良好材料，但由于其繁殖速度太慢，很難成為遺傳學研究的好對象。

經典的模式生物是非洲爪蛙。 圖片來源：Ben Rschr /

而斑馬魚則具有許多優良的實驗特性，如易獲得、易大量飼養、受精率高、體外產卵、體外受精、胚胎透明易觀察、操作簡單可重復等。等，因此成為生物學家理想的魚類。 考試科目。

更重要的是，斑馬魚和人類基因具有高達87%的同源性——這意味著在斑馬魚上進行的實驗結果在大多數情況下可以與人類進行比較。 因此，斑馬魚被選為大量胚胎學、遺傳學、毒理學研究以及與多種人類疾病相關的實驗的模式生物。

從胚胎學和遺傳學的角度來看，斑馬魚胚胎是透明的，很容易觀察各種器官和組織的發育情況。 此外，它們更有可能產生單倍體后代。 這些單倍體個體非常適合觀察隱性基因控制的性狀，也可以快速培育出該基因的純合個體。

透明的斑馬魚胚胎。 圖片：亞當等人。 等人。 /公共科學圖書館 (2004)

從毒理學角度來看，利用斑馬魚測試環境中各種化學物質的致畸作用，具有成本低、影響因素少、重復性好、操作簡便、靈敏度高、可同時觀察多種毒性指標等優點。同時。 其特征及污染物的中毒機理有待進一步研究。

胎兒酒精綜合癥

研究人員用不同濃度的乙醇處理斑馬魚胚胎，發現隨著乙醇濃度的增加，斑馬魚胚胎的致畸率和致死率增加，孵化率下降，胚胎體長變短，心跳減慢。

其中，發育畸形主要包括打結、眼睛變小、心包水腫、脊柱彎曲等，與人類胎兒酒精綜合癥的癥狀類似。 由此，乙醇對人類胚胎發育的毒性作用已被闡明。

利用斑馬魚建立疾病模型和研究治療人類相關疾病的方法已成為近年來世界各地的熱門科研項目。 迄今為止已發現數千種斑馬魚突變體，可以模擬貧血、耳聾、視網膜變性、肌無力、惡性腫瘤、阿爾茨海默病等多種人類疾病。

近年來，甚至發現斑馬魚可以用于抑郁癥和毒癮的研究。 不僅如此，由于斑馬魚對阿片類鎮痛藥、抗抑郁藥、抗焦慮藥等精神藥物高度敏感，因此可以作為研究藥物代謝和藥物副作用的重要工具。

斑馬魚用于與氯胺酮（俗稱K粉）成癮相關的研究。 圖片：美國食品藥品監督管理局/

另外，斑馬魚的鰭、鱗片以及部分心臟、大腦、脊柱都可以再生，所以對于人類截肢的治療也可以說具有重要的意義。

斑馬魚并不是唯一一種“奉獻”于生命科學領域的實驗魚。 近年來，青鳉逐漸成為生理學研究領域的熱門話題，甚至于1994年作為代表性脊椎動物被送入太空。中科院水生生物研究所自主研發了“毒性試驗魚”稀有米諾魚（不是數量少，而是叫“稀有米諾魚”）用于毒性測試和環境監測。 圖為珍稀的米諾鯽魚。圖：少年英雄小黃雞

來自實驗室的轉基因寵物

不過，實驗魚離大家的生活還有些遙遠。 對于大多數人來說，接觸斑馬魚最多的是在大花鳥市場的水族商店。

由于產量巨大，皮膚堅韌，斑馬魚幾乎是觀賞魚店里的必備品。 在“看臉”的觀賞魚世界里，斑馬魚也展現出驚人的多樣性：有的斑馬魚鰭長而優雅，被稱為“長鰭斑馬魚”；有的斑馬魚有長長的鰭，被稱為“長鰭斑馬魚”；有的斑馬魚有長鰭，被稱為“長鰭斑馬魚”。 有些斑馬魚的花紋會變成斷斷續續的斑點，這種斑馬魚被稱為“長鰭斑馬魚”。 它被稱為“豹紋斑馬魚”； 即使是最常見的斑馬魚也有不同的臀鰭圖案。

斑點斑馬魚。 圖片： /

不過，在眾多的斑馬魚中，最出色的還是近年來出現的“七彩斑馬魚”。 這些斑馬魚有的呈鮮紅色，有的呈暖黃色，有的甚至能在紫色燈光下發出熒光綠光。

而你一定想不到，這些色彩斑斕的斑馬魚其實是上述各種實驗的副產品。

雖然實驗中使用的斑馬魚優勢突出，但仍有一個問題沒有解決——魚胚胎小且透明，發育過程清晰顯示，但詳細觀察卻成為難題。

為了解決這個問題熒光斑馬魚，科學家利用轉基因技術將熒光蛋白引入斑馬魚受精卵中，并在特定的組織和器官中表達。 這樣，就可以在熒光顯微鏡下輕松觀察特定器官的發育和發育情況。 甚至可以動態追蹤整個胚胎發育過程中的生理變化，以及外源物質或基因突變對器官發育的影響。

斑馬魚的心臟含有綠色熒光蛋白。 圖片： /

熒光轉基因斑馬魚是新加坡國立大學中國科學家發明的。 這種轉基因斑馬魚能發出綠色熒光，主要得益于一種綠色熒光蛋白（Green，簡稱GFP），這種蛋白是從維多利亞多管發光藻中分離出來的，在自然光下能發出綠色熒光。

照亮生命科學的蛋白質

GFP是由日本名古屋大學的Osamu 首先分離出來的。 此后，他一直致力于GFP相關研究。 GFP被分離出來后，美國哥倫比亞大學的 教授敏銳地意識到其巨大的應用前景，并首創將GFP基因導入線蟲中，使它們發出綠色熒光。

與此同時，美籍華裔科學家錢永健對GFP基因進行了改造，創造了新的GFP變體，使其能夠發出更強、更多樣化的光，例如綠松石色、藍色和黃色的光。 ，從而使GFP得到更廣泛的應用。

2008年，這三位科學家因對熒光蛋白的研究共同獲得諾貝爾化學獎。

圖為綠色熒光蛋白轉化的大腸桿菌。 圖片：

最初，轉基因斑馬魚被用來監測水域環境污染。 科學家發現斑馬魚可以對周圍水域的環境變化做出反應。 一旦環境中的污染物或毒素（如二惡英或多氯聯苯）的含量增加，這些魚類體內就會產生一些特殊的酶。 ，并且酶的含量會隨著毒素的增加而增加。

轉基因斑馬魚被釋放到水中后，一旦受到污染，斑馬魚體內環境敏感酶的表達量就會增加，相應地，魚發出的綠色熒光的強度也會增加。 這樣通過檢測熒光強度就可以知道環境污染情況。 這些熒光斑馬魚也被稱為“生態警報”。

一大群熒光斑馬魚。 圖片：Ruby Jylin /

然而，由于測試不可避免地涉及將轉基因魚釋放到自然水域中，這種行為可能會導致基因污??染等一系列問題。 因此，熒光魚類在生態檢測中的應用前景日益黯淡。

自2001年起，新加坡國立大學與美國約克城科技公司合作，開辟了熒光轉基因斑馬魚的新市場——觀賞魚。 經過兩年多的廣泛環境風險評估，2003年12月9日，美國食品藥品監督管理局認為轉基因斑馬魚作為觀賞魚不會造成任何環境風險，不會進入人類食物鏈，因此批準了轉基因斑馬魚的上市。它。 列表請求。

普渡大學研究發現，野生型斑馬魚在與紅色轉基因斑馬魚的繁殖競爭中具有優勢。 雖然野生雌性斑馬魚會更喜歡顏色更鮮艷的紅色斑馬魚，但野生雄性斑馬魚會猛烈地驅逐紅色斑馬魚，以至于在15代之后，幾乎所有紅色斑馬魚都會消失。

它也成為第一個在美國獲準上市的轉基因動物。

各種熒光斑馬魚出售。 圖片：

2006年，研究人員利用來自珊瑚的紅色熒光蛋白基因，培育出紅色熒光斑馬魚品系（最常見的紅色斑馬魚，生態瓶中常用的“迫害對象”）； 同時，他們使用了一系列來自水母的熒光蛋白。 開發出橙黃色熒光斑馬魚蛋白基因。 2011年，培育出藍色熒光和紫色熒光斑馬魚品系。

除了斑馬魚之外，人們還在“傷害”其他小魚，比如中國臺灣培育的熒光青鳉魚。 層出不窮的各種顏色的熒光小魚，成為了我們生活中最容易接觸到的轉基因動物。

從一條不起眼的小淡水魚，到生命科學領域的明星模式生物，再到身邊最常見的觀賞魚，斑馬魚用它小小的身軀創造了一個又一個傳奇故事。

本文是物種歷第六年第82篇文章，來自物種歷作者@小夏小黃雞。

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Tags：斑馬魚 熒光蛋白 科學 熒光強度 生物技術