基因是生物遗传密码的载体。它是DNA(或RNA)有遗传效应的功能片段,其核苷酸排列顺序(碱基序列)代表遗传信息。每个DNA分子有多个功能片段即多个基因,各自所含4种脱氧核苷酸多有成百上千个,其不同的排列组合,形成基因与生命的多样性。
每个物种、每个个体都是一个独特的基因库。基因的特性,一是能忠实地“复制”自己,以保持生物的基本特征;二是能 “突变”,即结构上发生碱基对组成或排列顺序改变,形成新基因。如此,同一物种内基因也会发生变化,即遗传变异,这种现象称为基因多样性,它既是生物适应环境及生命进化和物种分化的基础,又为人类利用生物资源开辟了无量前途。我们现以最常见的小兽——小家鼠为例看看它的奇妙吧。
小家鼠是鼠类中的小个子,体长只有60~90毫米,基因库却特别丰富,因而有很强的适应能力。它既能野生又能家栖,
小家鼠的基因多样性既助其窜扰全球,却也成为人类开发实验动物的丰富资源。至今,小家鼠仍是培育成实验动物品系最多、建立为人类疾病动物模型最丰、总用量最大的物种。到2005年,小鼠近交品系已有3100多个,突变品系有2800多个,封闭群(远交系)和杂交群品种亦众多,它们各具特质而有不同用途。
近交系是采用兄妹交配或亲子交配培育、遗传上高度纯合并稳定的纯系动物,同品系个体的遗传位点99%以上纯合,实验结果精确度高,极易重复,世界
突变系是由自发或诱发引起染色体畸变或基因突变而育成的具特殊性状的品系。小鼠已知突变基因达1000多个,其表型丰富多彩。例如:侏儒症鼠(dw ),缺乏脑下垂体前叶的生长素和促甲状腺激素,生长发育障碍,成年鼠体积只有正常鼠的1/4。肌萎缩症小鼠(dy), 2周龄可见后肢拖地,表现进行性肌衰弱和广泛性肌萎缩。糖尿症小鼠(db),3~4周龄时血糖升高,出现肥胖、高血糖、糖尿、蛋白尿、烦渴、多尿等症状,最后可因酮尿而死亡。肥胖症小鼠(ob),体重可达同窝鼠体重的3倍,无生育力,单纯肥胖而不伴有糖尿病。骨骼硬化症小鼠(op),骨髓腔消失,骨骼全部硬化并伴有无齿症。白内障小鼠(cat),10日龄~14周龄时晶状体混浊或液化。视网膜退化小鼠(rd),进行性视网膜硬化,有色素沉着及视网膜血管闭锁萎缩。……这些遗传缺陷小鼠的病态表现与人类的相应疾病相似,已被用作这些疾病的病因、发生机制和治疗研究的模型,今已建立数千个。
更奇特的是免疫缺陷小鼠。著名的无胸腺裸小鼠(nu),全身无毛, T淋巴细胞缺失,发育迟缓,抵抗力低下,对感染性疾病敏感。其原种抵抗力差、生育力低、寿命短,经和其他纯系小鼠交配选育,获得多个性状改善的近交系和远交新品种。除首先用于肿瘤学实验之外,因其与人类原发性细胞免疫病相似,而各品系免疫反应不同,成为研究人类各种免疫缺陷性疾病的重要模型。免疫学应用裸小鼠,能更有效地研究T细胞、B细胞、NK细胞等免疫活性细胞的功能。功能性T淋巴细胞缺损,乃成为研究病毒、细菌和肺囊虫、锥虫等寄生虫感染机制的极好模型动物。其它如无脾小鼠(AS),显性半肢畸形,脾脏完全缺失,已广泛用于脾脏功能的研究,也是中医中药研究的重要动物模型和研究血吸虫病的良好实验材料。
十几年前,我国科学家在四川发现了先天性C4补体缺损小家鼠,可培育成对爱滋病、红斑狼疮等病研究具有极高应用价值的模型动物。此例启示,自然种群中的蕴藏尤须细心发掘筛选,若随便杀灭就失之交臂!
基因多样性既为生物自身生存与发展,也为人类开发利用自然资源提供种种机遇,而它就蕴藏在各生态系统、各物种之内,所以,保护各层次生物多样性关系人类前景,保护物种就是保护人类自己!