實(shí)驗(yàn)動物學(xué)遺傳學(xué)控制

實(shí)驗(yàn)動物學(xué)遺傳學(xué)控制第一頁，共五十九頁，2022年，8月28日實(shí)驗(yàn)動物遺傳質(zhì)量控制是實(shí)驗(yàn)動物標(biāo)準(zhǔn)化的主要內(nèi)容之一。從遺傳學(xué)角度講，實(shí)驗(yàn)動物是具有明確遺傳背景并受嚴(yán)格遺傳控制的遺傳限定動物。根據(jù)遺傳特點(diǎn)不同分為近交系封閉群（遠(yuǎn)交群）雜交一代動物第二頁，共五十九頁，2022年，8月28日第一節(jié)實(shí)驗(yàn)動物的遺傳學(xué)分類

一、實(shí)驗(yàn)動物品種、品系的概念一切動物的分類都離不開傳統(tǒng)的生物學(xué)分類法則。每一種實(shí)驗(yàn)動物都可以在傳統(tǒng)分類法中找到自己的位置。如：小鼠屬于脊椎動物門，哺乳綱、嚙齒目、鼠科、小鼠屬動物。第三頁，共五十九頁，2022年，8月28日

在動物分類學(xué)中，“種“（spcies)是動物分類的基本單位。而實(shí)驗(yàn)動物學(xué)品種(stock)、品系(strain)的概念超出了一般動物學(xué)分類的概念，把同一種動物中具有不同遺傳特性的動物分成不同的品種、品系，它們各自有其品種品系的特征。品種、品系才是實(shí)驗(yàn)動物分類的基本單位。第四頁，共五十九頁，2022年，8月28日實(shí)驗(yàn)動物品種品系應(yīng)具備的四個基本條件：1、相似的外貌特征；2、獨(dú)特的生物學(xué)特性；3、穩(wěn)定的遺傳性能；4、具有共同的遺傳來源和一定的遺傳結(jié)構(gòu)。第五頁，共五十九頁，2022年，8月28日實(shí)驗(yàn)動物按遺傳學(xué)控制分類一、近交系動物（Inbredstrains) 1、同源突變近交系

2、同源導(dǎo)入近交系

3、分離近交系

4、重組近交系二、雜交F1代動物(F1--Hybrid)三、封閉群動物(Closed--colony)第六頁，共五十九頁，2022年，8月28日第二節(jié)近交系動物的特點(diǎn)及應(yīng)用

一、基本概念

1、近交系：近交系動物也叫純系動物，是相同基因類型動物中最主要的一種。它是經(jīng)連續(xù)20代以上的全同胞兄妹或親子交配培育而成，且品系內(nèi)所有個體都可追溯到起源于20代或以后的一對共同祖先的遺傳群體，近交系數(shù)達(dá)到99%以上。第七頁，共五十九頁，2022年，8月28日近交指任何血緣相近的個體間進(jìn)行的交配。從遺傳上來說，近交系的培育是從群體多態(tài)雜合的遺傳組成中，選擇保留一小部分，淘汰其它大部分的一個過程。經(jīng)過20代近交后，近交系的個體有98.6%的遺傳位點(diǎn)是純合的，因此個體間的遺傳差異很小。然而，不同近交系之間由于近交而固定的基因不同，遺傳差異很大。第八頁，共五十九頁，2022年，8月28日近交系數(shù)：指群體中某個體通過遺傳，攜帶兩個同源等位基因（即源于同一祖先的基因）的概率。Fn=[1-(1-△F)n]×100%實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)小鼠全同胞兄妹近交過程的前四代中，其近交系數(shù)上升率分別為28%、17%20%和19%，以后每代恒定為19.1%。第九頁，共五十九頁，2022年，8月28日近交系的主要缺點(diǎn)在于近交形成的近交衰退現(xiàn)象，表現(xiàn)在其生活力和生育力降低，對外界環(huán)境的變化較為敏感，抗病和適應(yīng)環(huán)境等能力減退。這就增加了近交系動物飼養(yǎng)繁殖的難度。第十頁，共五十九頁，2022年，8月28日2、亞系和支系亞系（Substrain)。是指育成的近交系在培育過程中，由于雜合子基因的分離，基因突變的產(chǎn)生以及抽樣誤差導(dǎo)致部分遺傳組成改變而形成遺傳差異的近交系動物群。亞系分化存在以下幾種情況：（1）同一近交系在兄妹交配40代以前分離，很可能由于殘余雜合性而導(dǎo)致形成亞系。（2）同一近交系長年處于分離狀態(tài)（100代以上），可能由于突變形成亞系（3）已發(fā)現(xiàn)有遺傳差異的品系。第十一頁，共五十九頁，2022年，8月28日當(dāng)飼養(yǎng)環(huán)境改變，或?qū)游镞M(jìn)行某些技術(shù)性處理時，也有可能對近交系的某些生物學(xué)特征產(chǎn)生影響，這些特征可能是遺傳性的，也可能是非遺傳性的。如：代乳、受精卵或胚胎移植、卵巢移植、冷凍保存和人工哺乳等。這些處理在某些實(shí)驗(yàn)中會影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果，因此有必要對同一品系或亞系進(jìn)行區(qū)分，這些經(jīng)過處理的動物可視為這些近交系或亞系的支系。第十二頁，共五十九頁，2022年，8月28日近交系動物由于基因純合程度高，遺傳具有長期的穩(wěn)定性，不容易發(fā)生雜合基因分離，不受近交、選擇和遺傳漂變的影響。近交系動物遺傳的變化由少量殘留雜合基因與基因突變引起，這種幾率是很低的。如果發(fā)生遺傳污染，近交系動物可能就此徹底改變其遺傳組成。所以，一旦發(fā)生遺傳污染就要根據(jù)具體情況或給予堅(jiān)決淘汰或有價(jià)值保留后重新建立近交品系。第十三頁，共五十九頁，2022年，8月28日二、命名：近交系動物的命名，尤其是近交系小鼠的命名已由國際統(tǒng)一規(guī)定，由國際實(shí)驗(yàn)動物科學(xué)委員會（ICLAS）的小鼠標(biāo)準(zhǔn)化遺傳命名委員會制定了命名法，并由該組織對各國培育的新品系作鑒定和認(rèn)可。第十四頁，共五十九頁，2022年，8月28日對承認(rèn)的近交系四年公布一次，其中包括各個品系的歷史、來源、獨(dú)特的生物學(xué)特性等介紹，以及培育者的人名、單位名的規(guī)定寫法和遺傳背景，基因組成、縮寫符號及標(biāo)準(zhǔn)命名等。這些資料供全世界參考，在進(jìn)行新的命名時可避免重復(fù)及混亂。近交系動物國際命名法是近交系動物命名的基本參照，循仿小鼠命名法，類似的近交系命名規(guī)則已在許多其它動物中應(yīng)用。第十五頁，共五十九頁，2022年，8月28日近交系、亞系和支系的命名在國際上一般按以下原則進(jìn)行：1、近交系可用1--4個大寫羅馬字母或者大寫英文字母為首，以數(shù)字相結(jié)合加以命名。在品系符號后的括號內(nèi)，用大寫英文字母F（Filial的縮寫）加上數(shù)字指示兄妹交配的代數(shù)。例如：NBZ（F95）；C3H（F130）。第十六頁，共五十九頁，2022年，8月28日2、亞系的命名是在品系名稱后加斜線號，再加上數(shù)字或培育者與培育單位名稱縮寫，或者以數(shù)字開頭與縮寫同時使用。例如：A/He（F95）是指近交到95代由Heston培育的A品系的亞系；C57BL/6J（F118）是指近交到118代由JacksonLaboratory培育的6J亞系。第十七頁，共五十九頁，2022年，8月28日3、亞群（支系）的命名是在品系（亞系）的名稱后加雙斜線號，再加上保持者名稱的縮寫。例如：C57BL/6J//Lac指由英國實(shí)驗(yàn)動物中心（Lac)維持的C57BL/6J品系的亞群。某些技術(shù)上的處理，則應(yīng)該用小寫英文字母作為相應(yīng)的符號加以注明。例如：C3HfC57BL表示由C57BL品系代乳的C3H品系，通常也可縮寫為C3HfB6。第十八頁，共五十九頁，2022年，8月28日

乳母代乳Fosternursing,f

人工喂養(yǎng)Hand-rearing,h

受精卵或胚胎移植

Eggorembryotransfer,e

卵巢移植Ovarytransplant,o

人工代乳Fosteronhand-rearing,fh

冷凍保存Freezepreservation,p第十九頁，共五十九頁，2022年，8月28日4、如果已知某品系攜帶（或經(jīng)人工接種）或者經(jīng)凈化去除某種垂直感染的病毒，在必要情況下可予以指明，在品系名稱后加連字號，再加大寫病毒符號，再加“+”或“--”符號。例如：C3H/He--MTV+,C3H/He--MTV--,分別表示有或無乳腺腫瘤病毒（mammarytumourvirus,MTV)常見近交品系名稱通常在文獻(xiàn)中都使用縮寫，而培育單位和培育人的符號常用代號。第二十頁，共五十九頁，2022年，8月28日我們要能夠看懂近交系命名中的符號，必要時可在有關(guān)資料中查找。這樣，才能在看似復(fù)雜的一些近交系動物綜合表示法中加以分析，并通過近交系動物的命名法，清楚地知道這些近交系動物的來源、歷史和培育經(jīng)過。小鼠常用近交系縮寫

B=C57BL；B6=C57BL/6；

C=BALB/c；CB=CBA；

C3=C3H；D=DBA；

D2=DBA/2第二十一頁，共五十九頁，2022年，8月28日三、近交系的特征和應(yīng)用（一）特征1、純和性（homozygosity)通過連續(xù)20代以上的近親繁殖，在一個近交系內(nèi)所有動物的所有基因位點(diǎn)都應(yīng)該是純合的，基因是一致的，遺傳組成是相同的。這樣的個體與該品系中任何一個動物交配所產(chǎn)生的后代也應(yīng)是純合子，在這些動物中沒有暗藏的隱性基因。第二十二頁，共五十九頁，2022年，8月28日2、同基因性（isogenicity)指一個近交品系中所有個體在遺傳上是同源的，即在同一品系內(nèi)具有基本完全相同的遺傳組成。所以，在同一品系內(nèi)的動物個體間進(jìn)行皮膚和腫瘤移植不被當(dāng)做異己而被排斥。當(dāng)應(yīng)用生化或免疫學(xué)的方法檢測個體在各條染色體上的基因標(biāo)記，可以看到同一品系內(nèi)不同個體間的基因型完全一致。第二十三頁，共五十九頁，2022年，8月28日3、均一性（uniformity)由于近交系的動物是相同基因型的動物，同一品系內(nèi)的表型也是一致的，即任何可遺傳的生物學(xué)特征完全一致。例如：血型、組織型、生化同功酶以及形態(tài)學(xué)上的特征，甚至行為的類型也趨于一致。同一近交系不同個體之間基本不存在質(zhì)的差別，所以對與之有關(guān)的實(shí)驗(yàn)處理有均一性極高的反應(yīng)性第二十四頁，共五十九頁，2022年，8月28日4、長期的遺傳穩(wěn)定性（longtermgeneticstability)由于近親繁殖增加了在特定部位純合子相互配合的可能性，因而減少了遺傳變異，使基因型可長期處于穩(wěn)定狀態(tài)，人為選擇不會改變其基因型，個體遺傳僅發(fā)生在少量殘留雜合基因或基因突變上，而這種機(jī)率非常低。在品系確定為近交系后，堅(jiān)持近交，輔以遺傳檢測，及時發(fā)現(xiàn)和清除遺傳變異的動物，近交系的遺傳特性可世代相傳。第二十五頁，共五十九頁，2022年，8月28日5、可分辨性（identification)每個近交系都有各自特有的標(biāo)準(zhǔn)遺傳概貌，包括毛色基因、生化基因和免疫學(xué)性狀基因等。掌握了遺傳檢測方法，就可輕而易舉地將混合在一起的兩個貌似近似的近交系分辨開來。定期對近交系動物進(jìn)行遺傳監(jiān)測，可以識別各個近交品系動物是否可靠。第二十六頁，共五十九頁，2022年，8月28日6、個體性（individuality)經(jīng)過近交培育過程之后，每一個品系從物種的整個基因庫中只能獲得極少部分基因，這些基因的組合構(gòu)成了品系的遺傳組成。因此，各個品系具有獨(dú)自的遺傳組成和獨(dú)自的生物學(xué)特性。這些遺傳和表型的獨(dú)特性使各個近交品系之間的差異相當(dāng)大。目前國際上公認(rèn)的500多個近交品系小鼠之間，均各有明顯的區(qū)別，有其不同的反應(yīng)性和敏感性。第二十七頁，共五十九頁，2022年，8月28日7、國際分布性(internationaldistribution）近交系動物個體具備一個品系的全能性，任何個體均可攜帶該品系全部基因庫，引種非常方便，僅需2至2對動物即可。目前許多近交系在國際上廣泛分布，從而有可能在世界各國之間進(jìn)行比較研究，這從理論上意味著不同地區(qū)、不同國家的科學(xué)家有可能去重復(fù)和驗(yàn)證已取得的結(jié)果和數(shù)據(jù)。第二十八頁，共五十九頁，2022年，8月28日8、背景資料（backgrounddata)近交系動物由于在培育和保種的過程中都有詳細(xì)記錄，加之這些動物分布廣泛，經(jīng)常使用，已有相當(dāng)數(shù)量的文獻(xiàn)記載著各個品系的生物學(xué)特性,另外對任何近交系的每一項(xiàng)研究又增加了該品系的研究應(yīng)用履歷檔案，這些基本數(shù)據(jù)對于設(shè)計(jì)新的實(shí)驗(yàn)和解釋實(shí)驗(yàn)結(jié)果提供了有價(jià)值的參考信息。第二十九頁，共五十九頁，2022年，8月28日了解已命名大小鼠的途徑：《MouseNewsLetter》每2年《InbredStrainsofMice》每2年《CancerResearch》每4年

第三十頁，共五十九頁，2022年，8月28日常用近交系實(shí)驗(yàn)動物BALB/cAnN

遺傳背景：

1923年MacDowell近交26代引到Snell（加/c）1935年引到Andervont（An：美國國立腫瘤研究所Andervont博士）1951年72代引到NIH。第三十一頁，共五十九頁，2022年，8月28日C57BL/6J//Ola遺傳背景：

1921年Little獲得C57BL，1937年分成兩個亞系C57BL/6和C57BL/10，1974年從JAX引種到LAC，1983年引種到OLAC（英國牛津?qū)嶒?yàn)動物場）。第三十二頁，共五十九頁，2022年，8月28日DBA/2N

遺傳背景：

1909年Little培育，1951年由JAX引到NIH。淡棕色。第三十三頁，共五十九頁，2022年，8月28日C3H/He//Ola

遺傳背景：

1920年Strong用Bagg白化雌鼠與DBA雄鼠交配后，選擇高乳腺腫瘤發(fā)病率動物培育，1930年引到Andervont近交35代后，于1941年引到Heston，1978年引到OLAC。野鼠色。第三十四頁，共五十九頁，2022年，8月28日CBA/J//Ola

遺傳背景：

1920年Strong用Bagg白化雌鼠與DBA雄鼠交配后，選擇低乳腺腫瘤發(fā)病率動物培育培育，1947年引到Andervont近交35代后，于1948年引到JAX，1983年引到OLAC。野鼠色。第三十五頁，共五十九頁，2022年，8月28日二、應(yīng)用由于近交系動物具有諸多的優(yōu)點(diǎn)，目前已得到越來越廣泛的應(yīng)用。特別是在生理學(xué)、藥理學(xué)、毒理學(xué)、微生物學(xué)、免疫學(xué)、腫瘤學(xué)、遺傳學(xué)、實(shí)驗(yàn)動物行為學(xué)等學(xué)科，使用近交系動物所作論文比例增加很快。近交系動物的使用極大地提高了科學(xué)實(shí)驗(yàn)的正確性和重復(fù)性。第三十六頁，共五十九頁，2022年，8月28日1、與遠(yuǎn)交種（封閉群）相比，近交系動物個體間極為一致，對實(shí)驗(yàn)反應(yīng)一致，可以消除雜合遺傳背景對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響，因此在實(shí)驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)組和對照組都只需要少量的動物。2、在某些涉及組織細(xì)胞或腫瘤移植的實(shí)驗(yàn)中，個體之間組織相容性一致與否，是實(shí)驗(yàn)成敗的關(guān)鍵。這樣，近交系動物就成為必不可少的實(shí)驗(yàn)動物。第三十七頁，共五十九頁，2022年，8月28日3、由于近交，隱性基因純和性狀得以暴露，可以獲得大量先天性畸形與先天性疾病的動物模型，如糖尿病、高血壓等。這些近交系動物家系清楚，取材方便，是進(jìn)行基因連鎖分析、比較遺傳學(xué)、生理學(xué)和胚胎生物學(xué)研究的理想實(shí)驗(yàn)動物。某些近交系具有一定的自發(fā)和誘發(fā)腫瘤發(fā)生率，并可以使許多腫瘤細(xì)胞株在活體動物上傳代，這些品系成為腫瘤病因?qū)W、腫瘤藥理學(xué)研究的重要模型。第三十八頁，共五十九頁，2022年，8月28日4、多個近交系同時使用可使研究者分析不同遺傳組成對某項(xiàng)實(shí)驗(yàn)的影響，或觀察實(shí)驗(yàn)結(jié)果是否具有普遍意義。第三十九頁，共五十九頁，2022年，8月28日第三節(jié)雜交一代動物一、基本概念雜交一代動物又叫雜交F1代動物，是由兩個近交系雜交生育的第一代動物，其遺傳組成均等地來自兩個近交系，屬于遺傳均一并具有表現(xiàn)型相同的動物，是醫(yī)學(xué)生物學(xué)研究中所使用的相同基因型動物的一種。第四十頁，共五十九頁，2022年，8月28日雜交F1代動物不是一個品種或品系，因?yàn)樗痪哂杏N功能，不能自群繁殖出與雜交F1代相同基因型的動物。兩個用于生產(chǎn)雜交F1代的近交系稱為親本品系（parentalstrain),提供雌性的為母系（maternalstrain),提供雄性的為父系（paternalstrain)。雜交F1代的遺傳組成均等地來自兩個親本品系，即每個基因位點(diǎn)上的兩個等位基因分別來自母系或者父系?？赡苁羌兒突蛞部赡苁请s合基因。第四十一頁，共五十九頁，2022年，8月28日所以，雜交F1代動物雖然基因型是雜合的，但個體間的遺傳型與表現(xiàn)型都是一致的，符合實(shí)驗(yàn)動物有明確遺傳背景的基本要求，在實(shí)驗(yàn)研究中應(yīng)用時能獲得一致的、可重復(fù)的、正確的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。第四十二頁，共五十九頁，2022年，8月28日二、命名雜交F1代動物的命名方法主要是標(biāo)明雜交F1代親本的品系名稱與性別。習(xí)慣寫法是把親代母系符號寫在前面，以“”相連接，后面是親代父系，后面寫上F1，即為雜交F1代的命名。例如：C57BL/6DBA/2簡寫為B6D2F1第四十三頁，共五十九頁，2022年，8月28日三、特性與應(yīng)用1、遺傳和表型上的一致性雜交F1代的基因不是純和子，但個體間基因型是整齊一致的，遺傳性是穩(wěn)定的，表現(xiàn)型也一致。就某些生物學(xué)特征而言，雜交群動物比近交系動物具有更高的一致性，不容易受環(huán)境因素變化的影響。第四十四頁，共五十九頁，2022年，8月28日2、雜交優(yōu)勢雜交群動物具有較強(qiáng)的生命力，對疾病的抵抗力強(qiáng)，壽命較長，容易飼養(yǎng)，適合于攜帶某些有害基因和長時間慢性致死實(shí)驗(yàn)，也可以作為代乳動物以及卵、胚胎和卵巢移植的受體。3、同基因性雜交群動物雖然具有雜合的遺傳組成，但個體間基因是相同的，可接受不同個體乃至接受兩個親本品系的細(xì)胞、組織、器官和腫瘤的移植。第四十五頁，共五十九頁，2022年，8月28日4、具有親代雙親的特點(diǎn)。5、國際上分布廣泛。6、作為某些疾病研究的模型。第四十六頁，共五十九頁，2022年，8月28日應(yīng)用：1、在同一遺傳背景下比較基因位點(diǎn)上不同等位基因的遺傳效應(yīng)。2、在不同的遺傳背景中研究同一基因與遺傳背景及其它基因的關(guān)系。3、消除雜合遺傳背景對某些突變基因表達(dá)的影響，以獲得更為穩(wěn)定的實(shí)驗(yàn)動物模型。4、對復(fù)雜的多基因性狀進(jìn)行遺傳分析。第四十七頁，共五十九頁，2022年，8月28日第四節(jié)封閉群動物

（Closedcolony)一、基本概念封閉群動物亦稱遠(yuǎn)交系、非近交系和隨機(jī)交配品系。ICLAS規(guī)定：以非近親交配方式進(jìn)行繁殖生產(chǎn)的一個種群，在不從外部引入新的血緣條件下，至少連續(xù)繁殖4代以上稱為封閉群。第四十八頁，共五十九頁，2022年，8月28日封閉群是長期與外界隔離，雌雄個體之間能夠隨機(jī)交配的動物群。其遺傳組成較接近于自然狀態(tài)下的動物群體結(jié)構(gòu)。雖然封閉群動物群體中個體之間由于具有遺傳雜合性而差異較大，但是從整個群體來看，封閉狀態(tài)和隨機(jī)交配使得基因頻率能夠保持穩(wěn)定不變，從而使群體在一定范圍內(nèi)保持有相對穩(wěn)定的遺傳特征。第四十九頁，共五十九頁，2022年，8月28日封閉群動物的關(guān)鍵是不從外部引進(jìn)任何新的基因，同時進(jìn)行隨機(jī)交配，不讓群體內(nèi)的基因丟失，以保持其一定的雜合性。封閉群由于其遺傳組成的雜合性較高，容易受到選擇、近交和隨機(jī)遺傳漂變的影響而發(fā)生遺傳上的改變，因此在培育和維持的過程中要注意：a、隔離；b、選擇；c、有效群體大?。籨、培育代數(shù)。第五十頁，共五十九頁，2022年，8月28日二、命名封閉群動物的命名一般以2--4個大寫英文字母命名，種群名稱前標(biāo)明保持者的英文縮寫名稱，第一個字母大寫，一般不超過4個字母，保持者名稱與種群名稱之間用冒號分開。如NIH表示一個小鼠的封閉群名稱；而N:NIH則表示是由美國衛(wèi)生研究院（N）保存的NIH小鼠。Lac:LACA表示由英國實(shí)驗(yàn)動物中心（Lac)保持的LACA封閉群小鼠。第五十一頁，共五十九頁，2022年，8月28日由于歷史原因已廣泛使用，又廣為人知的封閉群動物，名稱與上述規(guī)則不一致時，可沿用其原來的名稱。如：Wistar封閉群大鼠，日本ddy封閉群小鼠等。把保持者的縮寫名稱放在種群名稱的前面，二者之間用冒號分開，是封閉群動物與近交系動物命名中最顯著的區(qū)別。第五十二頁，共五十九頁，2022年，8月28日突變種的命名是在封閉群命名的基礎(chǔ)上加上突變基因的符號，用連字符相連，基因符號用斜體字。如：N：NIH—nu/nu表示由美國國立衛(wèi)生研究院保存的，帶有純合裸基因的NIH小鼠。如：Lac:LACA--Dh/+表示英國實(shí)驗(yàn)動物中心保存的帶有雜合半肢畸形基因的LAC