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黑腹果蠅 (Drosophila melanogaster) 是被人類研究得最徹底的生物之一。是一種原產於熱帶或亞熱帶的蠅種。它和人類一樣分佈於全世界各地,並且在人類的居室內過冬。 在遺傳,發育,生理, 和行為等的研究方面,果蠅是最常見的研究對象之一。原因是它易於培養, 繁殖快,使用經濟: 它在室溫條件下, 十天就可以繁殖一代; 且只有四對染色體, 易於遺傳操作; 還有它有很多突變體可以利用。

1外形特徵

黑腹果蠅雌性體長2.5毫米, 雄性較之要小。雄性腹部有黑斑
雄性和雌性

  雄性和雌性

(black patch), 前肢有性梳 (sexcombs),而雌性沒有, 可以此來作區別。雌蠅可以一次產下400個0.5毫米大小的卵 (egg),它們有絨毛膜和一層卵黃膜包被。其發育速度受環境溫度影響。在25℃環境下,22小時后幼蟲就會破殼而出。溫度太高或太低都會影響發育的速度。成蟲雌蠅通常會將卵下在腐爛的水果上或其它發酵的有機物上,所以幼蟲的首要食物來源是使水果腐爛的微生物,如酵母和細菌,其次是含糖份的水果等。

2遺傳研究

黑腹果蠅

  黑腹果蠅

腹果蠅在1830年首次被描述。而它第一次被用作試驗研究對象則要到 1901年,由動物學家和遺傳學家威廉·恩斯特·卡斯特 (William Ernest Castle) 通過對果蠅的種系研究,設法了解多代近親繁殖的結果和取自其中某一代進行雜交所出現的現象。1910年,湯瑪斯·亨特·摩爾根 (Thomas Hunt Morgan) 開始在實驗室內培育果蠅並對它進行系統的研究。之後,很多遺傳學家就開始用果蠅作研究材料,並且取得了很多遺傳學方面的知識,包括這種蠅類基因組裡的基因在染色體上的分佈等。
黑腹果蠅只有四對染色體。它們包括一對性染色體, 通常被記作第一對染色體或者是X-和Y-染色體,和三對常染色體。 後者被記作第二,第三和第四對染色體。第四對染色體很小,所含的基因也很少。果蠅非常合適用於研究,在一個瓶子里就可以培育大量的果蠅,繁殖速度快。馬田·布克斯在他2002年出版的書 <<果蠅 (Drosophila)>> 里這樣寫道: "用半瓶牛奶和一隻開始腐爛的香蕉就夠了,14天就可以得到200隻果蠅」。科學家用果蠅進行了無數次雜交, 其中包括確定了基因裡面的基因連鎖群,它們位於同一基因上面, 科學家也因此發現了聯會現象。科學家還對某些變異進行了描述和研究。 例如眼睛顏色有紅變異為白色, 或者是微型翅膀, 這種果蠅喪失了飛行能力。赫爾曼·穆勒是第一位發現倫琴射線對遺傳物質具有誘變作用的遺傳學家。從此射線就被大量使用,以誘發果蠅發生變異。

黑腹果蠅

黑腹果蠅
在2000年對其13600 基因測序完成。大部分基因與人類的基因有著驚人的相似。研究還在果蠅的遺傳物質里找到了人類的致癌基因或者潛在的,在變異情況下參與癌症發生的致癌基因 (Oncogene,一譯癌基因)。
在發育生物學研究方面, 人類也從果蠅身上獲得了很多知識。早在1900年哈佛大學的教授威廉·卡斯特就首次將果蠅用作胚胎研究的對象。從此以後, 果蠅就在這一領域被廣泛採用。20世紀70年代德國科學家克里斯蒂安娜·女斯萊.佛哈德 (Christiane Nüsslein-Volhard) 開始研究果蠅的發育基因。她從中得知,卵細胞中的四個基因決定了或是監控了受精卵的發育(參見Hox基因)。1980年她發表了論文「影響黑腹果蠅體節數目和極性的變異」,她也因此和美國的 Edward B. Lewis,Eric F. Wieschaus 共享了1995年的諾貝爾生理學或醫學獎。

3生長發育

幼蟲發育
果蠅的幼蟲 (lavae) 24小時后就會第一次蛻皮,並且不斷生長,以
黑腹果蠅
到達第二, 第三幼體發育期。幼蟲能在幾天內通過進食, 從半毫米的受精卵體長到2.5毫米的正常形態大小。 其間蛻皮兩次,所以可以將它的幼體發育分成三個階段 (L1-L3)。這是果蠅生長最快的階段,在短短的三天時間裡,果蠅的身體增大了兩百倍以上。最近的研究發現,這是由於果蠅體內的類雌激素受體 (estragen related receptor, ERR) 基因參與調節糖酵解的效應而引起的。
眼睛顏色突變體
白色眼睛 (white eye):眼睛的顏色由紅變成白色。是由於「白色」的基因產生

眼睛顏色突變體

眼睛顏色突變體
缺陷, 不能產生紅色顏料。這也是摩爾根科學研究的第一個變異體。通過該實驗,他第一次在動物中驗證了孟德爾遺傳定律的正確性。
橙色眼睛 (orange eye): 這些果蠅的眼睛有橘黃色的。橙眼果蠅一樣是由於它們的「白色」的基因有缺陷。但在這些果蠅中,它們的白色的基因只能產生較少的紅色顏料。
身體顏色突變體
黃色(Yellow)果蠅: 這些果蠅的身體顏色比正常果蠅的黃。它們是由於在X

身體顏色突變體

身體顏色突變體
染色體上的「黃色基因」有一個缺陷造成的。由於需要黃色基因生產果蠅的正常的黑色色素,黃色突變的果蠅無法產生這種色素。
烏木色(Ebony)果蠅: 這些果蠅有一個黑暗的幾乎是黑色的身體。它們是由於在第三號染色體上的「烏木基因」有缺陷而產生的。在通常情況下,烏木基因在正常果蠅是負責積累棕褐色色素。如果烏木基因有缺陷的,會導致黑色色素積累, 並遍布果蠅的全身。

頭部形態突變體

無眼(Eyeless果蠅): 這些果蠅沒有眼睛。這是由於它們的「眼睛缺席」基因有突

頭部形態突變體

頭部形態突變體
變而產生的。這些果蠅指示幼蟲的有關細胞不能形成眼球。
觸角腿(Antenna-leg)果蠅: 這些果蠅的腿狀觸角長在它們的前額上。這是由於它們自己的「觸角」基因,拉丁語為「觸角腿」 ("antenna-leg")有缺陷造成的。在正常情況下, 這些基因指示一些人體細胞成為腿。在這些突變的果蠅中, 它們的觸角基因錯誤地指示通常形成觸角的細胞,形成腿。請和正常的果蠅(或「野生型」)做比較。正常的果蠅的觸角在它們的紅色的眼睛的前面伸出, 見圖。

4果蠅研究社團

在美國每年會在不同城市舉行一次最大型的國際果蠅會議,有大概2000人參與。歐洲的果蠅會議則每兩年一次,在不同的歐洲國家舉行,有大概400到500人參與。德國則每年有小型的地方聚會。討論的主題有果蠅在生命科學,發育生物學與神經科學方面的應用。

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