荧光斑马鱼 新冠疫情的影响，我就职的水生生物博物馆

受COVID-19疫情影响，我工作的水生生物博物馆提前宣布闭馆。 作为国家科普教育基地，博物馆每到春天就迎来大批游客。 通常在讲解完展厅后，我们会引导他们前往参观的下一站——博物馆后面的斑马鱼中心。

斑马鱼中心的全称是国家斑马鱼资源中心。 简单来说，就是专门饲养斑马鱼并进行相关实验研究的地方。 整个中心最引人注目的就是一排排大大小小的蓝色鱼缸——这是专门的斑马鱼养殖系统。 每组系统都是相互独立的。 单个系统中有 45 个不同大小的“房间”。 整个系统循环隔离、整合，特别适合小型水生生物的养殖。

国家斑马鱼资源中心饲养斑马鱼的蓝色鱼缸。图：少年英雄小黄鸡

系统中的每个“房间”里都生活着一条3到5厘米长的小鱼。 这就是该中心的核心“居民”——斑马鱼。

它们是人类生病时的解药

作为原产于印度的小鲤鱼，斑马鱼斑马鱼的配色比其他同属鱼类要优雅得多。 它银灰色的小身体上只有几条灰蓝色的条纹。 的垂直线。

一种带有斑马条纹的小鱼。 图片：

很多前来参观的游客都会问这样的问题：这些斑马鱼不好看，看起来也不能吃。 它们有什么用？

所谓内行看门，外行看热闹。 对于生命科学相关领域来说，这些不起眼的斑马鱼是至关重要的模式生物。

生命科学中常用的四种模式生物：大肠杆菌、酿酒酵母、黑腹果蝇和拟南芥。 图片：安德烈，/

所谓“模式生物”，是指科学家为科学研究而选择的生物，以揭示某些具有普遍规律的生命现象，比如高中生物课本上出现的孟德尔使用的豌豆、摩根观察到的果蝇等。 还有著名的豚鼠。 它们都是经典的模式生物。

“9331”是一个让生物学生听到会心一笑的密码。 照片用真实的黄圆、绿圆、黄皱、绿皱豌豆生动地展示了孟德尔发现的自由基因组合规律。图片来源：日历女孩

生命科学研究离不开理想的模式生物，但由于长期缺乏理想的模式动物，脊椎动物发育和遗传学研究滞后于无脊椎动物发育研究。

尽管小鼠引领了现代先进遗传学的发展，但它们的胚胎深埋在母亲的子宫中，使得研究人员很难观察它们的发育。 虽然非洲爪蟾是胚胎学的良好材料，但由于其繁殖速度太慢，很难成为遗传学研究的好对象。

经典的模式生物是非洲爪蛙。 图片来源：Ben Rschr /

而斑马鱼则具有许多优良的实验特性，如易获得、易大量饲养、受精率高、体外产卵、体外受精、胚胎透明易观察、操作简单可重复等。等，因此成为生物学家理想的鱼类。 考试科目。

更重要的是，斑马鱼和人类基因具有高达87%的同源性——这意味着在斑马鱼上进行的实验结果在大多数情况下可以与人类进行比较。 因此，斑马鱼被选为大量胚胎学、遗传学、毒理学研究以及与多种人类疾病相关的实验的模式生物。

从胚胎学和遗传学的角度来看，斑马鱼胚胎是透明的，很容易观察各种器官和组织的发育情况。 此外，它们更有可能产生单倍体后代。 这些单倍体个体非常适合观察隐性基因控制的性状，也可以快速培育出该基因的纯合个体。

透明的斑马鱼胚胎。 图片：亚当等人。 等人。 /公共科学图书馆 (2004)

从毒理学角度来看，利用斑马鱼测试环境中各种化学物质的致畸作用，具有成本低、影响因素少、重复性好、操作简便、灵敏度高、可同时观察多种毒性指标等优点。同时。 其特征及污染物的中毒机理有待进一步研究。

胎儿酒精综合症

研究人员用不同浓度的乙醇处理斑马鱼胚胎，发现随着乙醇浓度的增加，斑马鱼胚胎的致畸率和致死率增加，孵化率下降，胚胎体长变短，心跳减慢。

其中，发育畸形主要包括打结、眼睛变小、心包水肿、脊柱弯曲等，与人类胎儿酒精综合症的症状类似。 由此，乙醇对人类胚胎发育的毒性作用已被阐明。

利用斑马鱼建立疾病模型和研究治疗人类相关疾病的方法已成为近年来世界各地的热门科研项目。 迄今为止已发现数千种斑马鱼突变体，可以模拟贫血、耳聋、视网膜变性、肌无力、恶性肿瘤、阿尔茨海默病等多种人类疾病。

近年来，甚至发现斑马鱼可以用于抑郁症和毒瘾的研究。 不仅如此，由于斑马鱼对阿片类镇痛药、抗抑郁药、抗焦虑药等精神药物高度敏感，因此可以作为研究药物代谢和药物副作用的重要工具。

斑马鱼用于与氯胺酮（俗称K粉）成瘾相关的研究。 图片：美国食品药品监督管理局/

另外，斑马鱼的鳍、鳞片以及部分心脏、大脑、脊柱都可以再生，所以对于人类截肢的治疗也可以说具有重要的意义。

斑马鱼并不是唯一一种“奉献”于生命科学领域的实验鱼。 近年来，青鳉逐渐成为生理学研究领域的热门话题，甚至于1994年作为代表性脊椎动物被送入太空。中科院水生生物研究所自主研发了“毒性试验鱼”稀有米诺鱼（不是数量少，而是叫“稀有米诺鱼”）用于毒性测试和环境监测。 图为珍稀的米诺鲫鱼。图：少年英雄小黄鸡

来自实验室的转基因宠物

不过，实验鱼离大家的生活还有些遥远。 对于大多数人来说，接触斑马鱼最多的是在大花鸟市场的水族商店。

由于产量巨大，皮肤坚韧，斑马鱼几乎是观赏鱼店里的必备品。 在“看脸”的观赏鱼世界里，斑马鱼也展现出惊人的多样性：有的斑马鱼鳍长而优雅，被称为“长鳍斑马鱼”；有的斑马鱼有长长的鳍，被称为“长鳍斑马鱼”；有的斑马鱼有长鳍，被称为“长鳍斑马鱼”。 有些斑马鱼的花纹会变成断断续续的斑点，这种斑马鱼被称为“长鳍斑马鱼”。 它被称为“豹纹斑马鱼”； 即使是最常见的斑马鱼也有不同的臀鳍图案。

斑点斑马鱼。 图片： /

不过，在众多的斑马鱼中，最出色的还是近年来出现的“七彩斑马鱼”。 这些斑马鱼有的呈鲜红色，有的呈暖黄色，有的甚至能在紫色灯光下发出荧光绿光。

而你一定想不到，这些色彩斑斓的斑马鱼其实是上述各种实验的副产品。

虽然实验中使用的斑马鱼优势突出，但仍有一个问题没有解决——鱼胚胎小且透明，发育过程清晰显示，但详细观察却成为难题。

为了解决这个问题荧光斑马鱼，科学家利用转基因技术将荧光蛋白引入斑马鱼受精卵中，并在特定的组织和器官中表达。 这样，就可以在荧光显微镜下轻松观察特定器官的发育和发育情况。 甚至可以动态追踪整个胚胎发育过程中的生理变化，以及外源物质或基因突变对器官发育的影响。

斑马鱼的心脏含有绿色荧光蛋白。 图片： /

荧光转基因斑马鱼是新加坡国立大学中国科学家发明的。 这种转基因斑马鱼能发出绿色荧光，主要得益于一种绿色荧光蛋白（Green，简称GFP），这种蛋白是从维多利亚多管发光藻中分离出来的，在自然光下能发出绿色荧光。

照亮生命科学的蛋白质

GFP是由日本名古屋大学的Osamu 首先分离出来的。 此后，他一直致力于GFP相关研究。 GFP被分离出来后，美国哥伦比亚大学的 教授敏锐地意识到其巨大的应用前景，并首创将GFP基因导入线虫中，使它们发出绿色荧光。

与此同时，美籍华裔科学家钱永健对GFP基因进行了改造，创造了新的GFP变体，使其能够发出更强、更多样化的光，例如绿松石色、蓝色和黄色的光。 ，从而使GFP得到更广泛的应用。

2008年，这三位科学家因对荧光蛋白的研究共同获得诺贝尔化学奖。

图为绿色荧光蛋白转化的大肠杆菌。 图片：

最初，转基因斑马鱼被用来监测水域环境污染。 科学家发现斑马鱼可以对周围水域的环境变化做出反应。 一旦环境中的污染物或毒素（如二恶英或多氯联苯）的含量增加，这些鱼类体内就会产生一些特殊的酶。 ，并且酶的含量会随着毒素的增加而增加。

转基因斑马鱼被释放到水中后，一旦受到污染，斑马鱼体内环境敏感酶的表达量就会增加，相应地，鱼发出的绿色荧光的强度也会增加。 这样通过检测荧光强度就可以知道环境污染情况。 这些荧光斑马鱼也被称为“生态警报”。

一大群荧光斑马鱼。 图片：Ruby Jylin /

然而，由于测试不可避免地涉及将转基因鱼释放到自然水域中，这种行为可能会导致基因污​​染等一系列问题。 因此，荧光鱼类在生态检测中的应用前景日益黯淡。

自2001年起，新加坡国立大学与美国约克城科技公司合作，开辟了荧光转基因斑马鱼的新市场——观赏鱼。 经过两年多的广泛环境风险评估，2003年12月9日，美国食品药品监督管理局认为转基因斑马鱼作为观赏鱼不会造成任何环境风险，不会进入人类食物链，因此批准了转基因斑马鱼的上市。它。 列表请求。

普渡大学研究发现，野生型斑马鱼在与红色转基因斑马鱼的繁殖竞争中具有优势。 虽然野生雌性斑马鱼会更喜欢颜色更鲜艳的红色斑马鱼，但野生雄性斑马鱼会猛烈地驱逐红色斑马鱼，以至于在15代之后，几乎所有红色斑马鱼都会消失。

它也成为第一个在美国获准上市的转基因动物。

各种荧光斑马鱼出售。 图片：

2006年，研究人员利用来自珊瑚的红色荧光蛋白基因，培育出红色荧光斑马鱼品系（最常见的红色斑马鱼，生态瓶中常用的“迫害对象”）； 同时，他们使用了一系列来自水母的荧光蛋白。 开发出橙黄色荧光斑马鱼蛋白基因。 2011年，培育出蓝色荧光和紫色荧光斑马鱼品系。

除了斑马鱼之外，人们还在“伤害”其他小鱼，比如中国台湾培育的荧光青鳉鱼。 层出不穷的各种颜色的荧光小鱼，成为了我们生活中最容易接触到的转基因动物。

从一条不起眼的小淡水鱼，到生命科学领域的明星模式生物，再到身边最常见的观赏鱼，斑马鱼用它小小的身躯创造了一个又一个传奇故事。

本文是物种历第六年第82篇文章，来自物种历作者@小夏小黄鸡。

本文来自国科，欢迎转发

Tags：斑马鱼 荧光蛋白 科学 荧光强度 生物技术