第三章 近交系動物、封閉課件

實驗動物學(xué)

廣州醫(yī)學(xué)院實驗動物研究中心

2004.5第三章近交系動物、封閉第二章近交系動物、封閉群動物、突變系動物、雜交群動物及其在醫(yī)學(xué)生物中的應(yīng)用第一節(jié)近交系動物及其在醫(yī)學(xué)生物學(xué)中的應(yīng)用第三章近交系動物、封閉一、幾個基本概念1、物種：具有一定形態(tài)和生理特征及有一定自然分布區(qū)的生物類群。物種是生物分類系統(tǒng)上所用的基本單位，也稱為種（species）。物種是通過自然選擇產(chǎn)生。2、品種：是人們根據(jù)不同需要對動物進(jìn)行改良、選擇，即定向培育，并具有某種特定外形和生物特性的動物群體，其特性能較穩(wěn)定地遺傳，具有一定經(jīng)濟價值。品種是經(jīng)人工選擇培育而成。3、品系：是起源于共同祖先的一個群體。在遺傳學(xué)上，一般是指自交或近親繁殖若干代后獲得的某些遺傳形狀相當(dāng)一致的后代。品系是實驗動物學(xué)中經(jīng)常使用的一個術(shù)語，是經(jīng)過長期自交或近親繁殖培育出來的。4、雜種：未經(jīng)遺傳學(xué)控制而進(jìn)行無計劃隨機交配繁殖的雜合子動物類群。第三章近交系動物、封閉一、近交系動物的基本特點（一）基本概念1·近交：指在一群體中有意識地選用遺傳學(xué)上血緣關(guān)系較近的雌雄個體進(jìn)行交配，即有共同祖先的個體如兄妹、母子和父女之間進(jìn)行交配。（1）

近交類型：純交、回交、互交（2）

近交方式：全同胞兄妹交配、父女或母子交配、堂兄妹交配、叔侄交配（3）

近交衰退：近交后代出現(xiàn)生長、成活、生育、抗病、適應(yīng)環(huán)境等能力減退的現(xiàn)象。其原因：隱性有害基因的暴露、破壞多基因平衡。第三章近交系動物、封閉（4

）近交程度：群體內(nèi)個體之間的關(guān)系。近交系數(shù)：根據(jù)近親交配的世代數(shù)，將基因的純化程度用百分比來表示：Fx=∑[(1/2)n1+n2+1(1+FA)]。其中：Fx:X的近交系數(shù)

A:父系和母系的共同祖先

FA:A的近交系數(shù)

n1:父系中A至X的世代數(shù)

n2:母系系中A至X的世代數(shù)第三章近交系動物、封閉血緣系數(shù)（親緣系數(shù)）：將群體中個體間基因組成的相似程度用數(shù)值來表示。Rxy=∑[(1/2)n1+n2*(1+FA)]/[(1+Fx)(1+Fy)]1/2，Rxy為0，則x、y間無親緣關(guān)系，Rxy越大，則親緣關(guān)系越近。到20代時，血緣系數(shù)可達(dá)99.6%。血緣系數(shù)的簡易求法公式為：RAB=(1/2)n，其中n為A、B在家系中最短的世代之鏈的環(huán)節(jié)數(shù)。當(dāng)A、B是一級親屬，即父母與子女或同胞兄弟姐妹時，其n值為1；當(dāng)A、B為二級親屬時，其n值為2，依此類推，親緣關(guān)系越遠(yuǎn)，則n值越大，Rxy越小。第三章近交系動物、封閉2、

近交系動物（純系動物）指至少經(jīng)過20代以上連續(xù)全同胞（兄妹）或親子（父女、母子）交配，品系內(nèi)所有個體都可追溯到起源于第20代或以后代數(shù)的一對共同祖先的動物群。第三章近交系動物、封閉（二）特征

1、遺傳基因位點純合性：2、遺傳組成的同源性：3、長期遺傳穩(wěn)定性：4、遺傳特征的可辨性：5、表型一致性：6、對外界因素的敏感性：7、遺傳組成的獨特性：8、生活力（近交衰退）：9、

國際分布廣泛（引種方便）10、背景資料豐富11、生產(chǎn)飼養(yǎng)成本高第三章近交系動物、封閉（三）優(yōu)點1、只要在相同的環(huán)境條件下都有相同的表現(xiàn)型和演出型，實驗重復(fù)性好：2、能制定國際上公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)，利于國際、行業(yè)間交流：。3、可根據(jù)不同的實驗?zāi)康倪x用不同品系進(jìn)行實驗：（四）缺點1、近交衰退：2、繁殖性能、生理活動與適應(yīng)性減弱：3、對生長的環(huán)境條件和飼料中營養(yǎng)要求高。第三章近交系動物、封閉（五）亞系和支系

1、亞系：在培育近交系的過程中，由于雜合子基因的分離，基因突變的產(chǎn)生及遺傳污染而造成的遺傳趨異的動物。（殘留雜合、突變、遺傳污染）C57BL的亞系有C57BL/10、C57BL/6等。命名：原品系的名稱后加一道斜線“/”，再在斜線后標(biāo)上亞系的符號。如：A/He為A系的Heston亞系，He為亞系符號，它是美國國立腫瘤研究所W.E.Heston博士的縮寫；A/Jax為美國著名的研究機構(gòu)Jakson實驗室的縮寫；YBR/HeW。2、支系：一個近交系或亞系內(nèi)經(jīng)過技術(shù)處理或改變飼養(yǎng)環(huán)境對動物產(chǎn)生遺傳上的差異，出現(xiàn)支系。（人為技術(shù)處置、新的保持者）命名：在原品系名稱后附加一個小寫英文字母標(biāo)明處理方式，具體符號是：奶母代乳“f”，人工喂養(yǎng)“h”，受精卵或胚胎移植“e”，卵巢移植“o”，人工代乳“fh”，冷凍保存“p”等。如：C3HfC57BL表示由C57BL品系代乳的C3H近交系；C57BL/6CpeCBA/N表示C57BL/6亞系的卵（或胚胎）經(jīng)冷凍保存后移植到CBA/N母鼠后產(chǎn)生。第三章近交系動物、封閉二、近交系動物分類及其在醫(yī)學(xué)生物學(xué)中的應(yīng)用（一）普通近交系動物1）概念：通過至少連續(xù)20代以上兄妹或親子交配后培育而成的。2）命名：一般用1-4個大寫英文字母結(jié)合阿拉伯?dāng)?shù)字表示。如：A、DBA、C3H、C57BL等3）3)

實驗特點（應(yīng)用）：1、

用量少2、

移植實驗3、

動物模型4、

自發(fā)或誘發(fā)腫瘤5、

比較研究第三章近交系動物、封閉（二）重組近交系

1）概念：由兩個無血緣關(guān)系的近交系雜交后，得到F2代，分組分別經(jīng)連續(xù)20代以上的兄妹（全同胞）交配而育成的近交系列組動物。2）命名：在兩個祖系名稱縮寫中間加大寫字母X，同一組中不同的近交系可在其后順加連字號，再加數(shù)字表示。如：AKXB、AKXB-2、AKXB-3等。第三章近交系動物、封閉3）

實驗特點（應(yīng)用）：1、分離分析：測試某個性狀的遺傳性和遺傳規(guī)律（是否為單基因性狀）2、連鎖分析：對未知基因進(jìn)行染色體定位（未知基因與已知基因的連鎖關(guān)系）3、功能分析：單基因多效性或基因型與表型的關(guān)系。第三章近交系動物、封閉（三）同源突變、同源導(dǎo)入和分離近交系（同類系或同源株）同類系：動物個體之間遺傳背景是一致的，唯獨第17號染色體的H-2遺傳結(jié)構(gòu)有差異，即除了個別位點上攜帶不同的基因外，其它位點上的基因都一樣。如C57BL/KSJ的（H-2d）是C57BL/6J（H-2b）的同類系。同類系的產(chǎn)生是采用導(dǎo)入另外一個品系的（H-2）基因，再采取連續(xù)回交（回交到第10代）方可育成。獲得遺傳上同源狀態(tài)的近交動物途徑有基因突變、基因?qū)牒蛷娭苹螂s合三種方式。第三章近交系動物、封閉1）

同源突變近交系1、概念：兩個近交系除一個指明位點等位基因不同外，其它遺傳基因全部相同的品系。2、命名：在品系的名稱后加連字號和基因符號。如：C57BL/6J-bg等。2）

同源導(dǎo)入近交系1、概念：通過雜交-互交或回交等方式將一個基因?qū)氲浇幌抵?，由此形成的一個新的近交系與原來的近交系只是一個很小的染色體片段上的基因不同。2、命名：在品系的名稱或名稱縮寫后面加“.”和供體品系名稱縮寫，然后加連字號和目的基因符號。如：B10.129-H-2b表示以C57BL/10品系為遺傳背景，攜帶來自129品系H-2b同源導(dǎo)入近交系。第三章近交系動物、封閉3）

分離近交系（異單基因近產(chǎn)系）1、概念：在培育近交系的同時，采取一定的交配方法，迫使個別基因位點上的基因處于雜合狀態(tài)。通過特殊的育種方法把這種處于雜合狀態(tài)的基因加以分離純化，就能分離出該基因位點上帶有不同等位基因的兩個近交系的亞系。2、命名：在品系名稱后面加連字號和雜合基因的符號。如：DW-dw/+表示DW品系在dw位點上是雜合的。第三章近交系動物、封閉4）應(yīng)用1、在同一遺傳背景下比較某基因位點上不同等位基因的遺傳效應(yīng)。2、在不同遺傳背景中，研究同一基因與遺傳背景及其它基因的關(guān)系。3、清楚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)定的實驗動物模型。4、

對復(fù)雜的多基因形狀進(jìn)行遺傳分析。（四）新型近交系動物（生物工程）1、嵌合體小鼠：2、單親純合雙倍體動物（雌核發(fā)育技術(shù)）：第三章近交系動物、封閉三、

常用近交系動物

1、BALB/c小鼠：白色，乳腺癌發(fā)病率低，常有動脈硬化，對放射性照射敏感，生產(chǎn)性能良好，繁殖期長，常用于單克隆抗體和免疫學(xué)研究。2、C3H小鼠：黑色，野生色。乳腺癌發(fā)病率為97%，對肝癌物質(zhì)感受性強，對炭疽桿菌有抵抗力，生產(chǎn)性能良好，所有SPF種群沒有乳腺癌病毒。3、C57BL/6J小鼠：黑色，低發(fā)乳腺癌，對放射性物質(zhì)耐受性強，化學(xué)致癌物質(zhì)不能誘發(fā)乳腺癌和卵巢腫瘤，對結(jié)核桿菌有感受性。4、C57BR小鼠：深褐色，低發(fā)乳腺癌，有自發(fā)性肝腫瘤，對X射線抵抗力很強，對胰島素敏感。5、ACI大鼠：黑色，腹和腳白色。易發(fā)生先天性畸形，繁殖力差胚胎死亡率高，雄鼠和雌鼠自發(fā)瘤不同。6、M520大鼠：白色，低血壓，易感囊蟲，易患腎炎，大于18日齡時，易患腫瘤。第三章近交系動物、封閉近交系動物的應(yīng)用1組織移植：個體間的組織相容性高，便于組織細(xì)胞或腫瘤移植研究。2制作疾病動物模型：復(fù)制先天性畸形和疾病的動物模型。如糖尿病、高血壓等。3比較遺傳學(xué)研究第三章近交系動物、封閉第二節(jié)封閉群動物（遠(yuǎn)交系動物）及其在醫(yī)學(xué)生物學(xué)中的應(yīng)用一、基本概念：1、群體：指生物的一個種、一個亞種、一個變種、一個品系或其它類群的所有成員之和。2、封閉群動物：指一個種群在15代以上不從外部引進(jìn)新種，僅在固定場所以非近親交配方式繁殖的動物群。第三章近交系動物、封閉二、封閉群的理論依據(jù)（一）

Hardy-Weinberg定律的內(nèi)容：在一個隨機婚配的大群體中，如果沒有選擇、突變和遷移發(fā)生，群體中每代的基因頻率和基因型頻率保持不變，即該群體遺傳特異性保持相對穩(wěn)定。當(dāng)一個群體達(dá)到這種狀態(tài)時，我們就稱它達(dá)到了“遺傳平衡”。（二）遺傳平衡的條件1、群體很大2、進(jìn)行隨機婚配3、沒有選擇（包括自然選擇和人工選擇）4、沒有突變發(fā)生5、沒有個體的大規(guī)模遷移第三章近交系動物、封閉三、封閉群動物的來源與維持（一）來源：一是來源于近交系的繁殖群及其子代，個體差異少；二是來源于非近交系，個體差異大。前者是不用兄妹交配方式保種；后者不是以培育近交系為目的。（二）維持：主要目的是為了維持群體的性狀、特征持續(xù)穩(wěn)定不變，減少群體內(nèi)遺傳變異，不產(chǎn)生性質(zhì)不同的個體或小群體，培養(yǎng)時要注意下列規(guī)則。第三章近交系動物、封閉1、群體封閉后應(yīng)維持五年以上。2、避免產(chǎn)生群內(nèi)隔離狀態(tài)。（不要在隔離狀態(tài)下繁殖）3、“群體有效大小”應(yīng)保持在50以上。4、

不要用人為淘汰方式選種適合度（f）：指一個生物體能生存并把它的基因傳給后代的相對能力。選擇系數(shù)（s）：用來衡量某一基因在群體中不利于生存的程度的一個數(shù)值，表示生育率降低的程度。s=1-f隨機遺傳漂變：指由于偶然的機會造成小群體中某一等位基因隨機增減的現(xiàn)象。群體有效大?。褐敢粋€自然繁殖的群體所包含的雌雄動物數(shù)目，在為下一代留種時，能從中隨機選種，并能隨機交配以繁殖后代的數(shù)目，并以此作為衡量尺度，來計算被測群體的大小。第三章近交系動物、封閉

保持一個適當(dāng)大小的群體即群體的有效大小，一般容許封閉群中每世代近交系數(shù)上升率不超過1%，在隨機交配群體中，近交系數(shù)上升率與群體有效大小有如下關(guān)系：近交系數(shù)上升率(△F1)=1/（2*群體有效大小(Ne)δ）若△F1＜1%，則Ne為50以上。在具體的生產(chǎn)實踐中，群體有效大小按如下公式計算：Ne=4N雌N雄/（N雌+N雄）N雌為雌性個體數(shù)，N雄為雄性個體數(shù)通常在留種時，出于經(jīng)濟上的考慮，多是雌多于雄，這就要根據(jù)雌：雄的正常比來計算出群體有效大小。第三章近交系動物、封閉四、命名1、用2~4個大寫羅馬字母表示。如NIH、ICR小鼠。2、由一個大寫字母和1~3個小寫字母構(gòu)成的培養(yǎng)者或保持者的符號，且與品系名稱用冒號隔開。如N：NIH，Lac:LACA3、非正規(guī)的命名，但廣泛使用。如NewZealand兔、DunkinHartley豚鼠、Wistar大鼠、ddy小鼠。第三章近交系動物、封閉五、封閉群動物的特點及應(yīng)用（一）特點1、遺傳組成具有高的雜合性。2、具有較強的繁殖力和生產(chǎn)力，避免近交衰退。3、動物模型。4重復(fù)性差（二）應(yīng)用：主要用于藥物篩選、毒理安全實驗、熱源實驗和教學(xué)示范等。第三章近交系動物、封閉六、常用的封閉群動物

1、昆明小鼠（KM）：白色，抗病力和適應(yīng)力很強，繁殖率和成活率高。常見腫瘤為乳腺癌發(fā)病率25%，是我國應(yīng)用最多的實驗小鼠，廣泛應(yīng)用于藥理、毒理、病毒和細(xì)菌引起的傳染病的研究，以及生物制品的檢定。2、ICR小鼠：白色，該品種生育能力強。3、NIH小鼠：白色，特點是繁殖力強，產(chǎn)仔成活率高，雄性好斗，常用于藥理毒理研究和生物制品的檢定。4、Wistar大鼠：白色，該鼠性周期穩(wěn)定，繁殖力強，產(chǎn)仔多，生長發(fā)育快，性格溫順，對傳染病的抵抗力較強，自發(fā)性腫瘤發(fā)生率低。多年來各地飼養(yǎng)條件差異較大，其遺傳背景有一定變化。5、SD大鼠：白色，1975年用Wistar大鼠育成，產(chǎn)仔多，對疾病的抵抗力尤其是呼吸道疾病的抵抗力強，自發(fā)腫瘤率較低，對性激素感受性高。

第三章近交系動物、封閉第三節(jié)突變系動物

一、基本概念：1、突變：指遺傳物質(zhì)產(chǎn)生變化及由此而產(chǎn)生的表現(xiàn)型的改變。突變可分為染色體畸變和基因突變。染色體畸變主要是指染色體數(shù)目和結(jié)構(gòu)上的改變，基因突變主要是指基因內(nèi)部可遺傳結(jié)構(gòu)的改變，又稱點突變。2、突變系動物：動物受各種內(nèi)外因素影響引起染色體畸變和基因突變而育成某些特殊性狀表型的品系。國際上已發(fā)現(xiàn)的小鼠突變基因有648個，培育的突變系小鼠有350多個品系。第三章近交系動物、封閉突變的分類1、可見突變：裸小鼠2、生化突變：SCID小鼠3、致死性突變：鐮狀紅細(xì)胞貧血癥4、條件致死性突變：第三章近交系動物、封閉二、突變的遺傳和突變系動物（一）突變的遺傳動物體的任何細(xì)胞都可以發(fā)生突變，突變發(fā)生在體細(xì)胞中，即體細(xì)胞突變。突變?nèi)舭l(fā)生在生殖細(xì)胞中，即性細(xì)胞突變。1、體細(xì)胞突變：在進(jìn)行有性生殖的生物體中，這種突變只能通過有絲分裂形成有相同遺傳改變的細(xì)胞群，影響該生物體，但不會造成后代的改變。2、

性細(xì)胞突變：如果突變正好在配子形成時產(chǎn)生，即形成含突變基因的配子，該配子經(jīng)受精即發(fā)育成突變型個體，其體細(xì)胞、性細(xì)胞均含突變基因，這種突變可代代相傳。這種突變型動物經(jīng)培育形成具相同遺傳缺陷的動物群體即稱為突變系動物。第三章近交系動物、封閉（二）突變型動物和突變系動物野生型（正常）──突變型動物（小群體）

突變────突變系動物

培育第三章近交系動物、封閉三、突變系的培育

1、純合隱性突變品系：選擇具有連續(xù)突變和有繁殖能力的個體進(jìn)行交配，使其仔代近親（兄妹）交配，經(jīng)20代以上，即可育成。如白化小鼠。2、繁殖力低的突變品系的育成及保種措施（1）當(dāng)隱性基因（純合型）的兩性中一性不能繁殖，如無胸腺裸鼠（nu/nu），由于雌鼠哺乳能力差，需要選擇有哺乳能力的雜合型（+/nu）雌鼠與純合型雄鼠（nu/nu）進(jìn)行交配，才能將無胸腺的隱性突變基因一代代保持下去。（2）當(dāng)突變的兩性都不能繁殖，如肌肉萎縮小鼠（dy/dy）由于后肢癱瘓，運動失調(diào)，完全喪失自然交配能力，除采用正常雌鼠（+/+）或雜合型雌鼠（+/dy）與雜合型雄鼠交配外，多采用卵巢移植和人工授精法培育成雜合型的近交系，以維持突變基因的特性。第三章近交系動物、封閉四、突變系動物在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用

（一）生物學(xué)中的應(yīng)用：遺傳機制研究（二）醫(yī)學(xué)方面：主要是模型動物。具有與人類疾病相類似的過程表現(xiàn)，象肥胖小鼠、肌肉萎縮癥小鼠等。目前培育的小鼠突變系已有146個以上，其中多為模型動物。第三章近交系動物、封閉五、常見的突變系動物免疫缺陷裸小鼠、SCID小鼠、白內(nèi)障小鼠、高血壓大鼠、肥胖癥大鼠、肌肉萎縮癥小鼠等，在以后介紹轉(zhuǎn)基因動物、免疫缺陷動物、人類疾病動物模型時再具體介紹。第三章近交系動物、封閉第四節(jié)雜交群動物（F1代動物）一、概念：指兩個或兩個以上近交品系之間進(jìn)行有計劃交配所獲得的第一代動物。二、繁殖：采用非隨機交配方式，由兩個近交系雜交產(chǎn)生。第三章近交系動物、封閉（一）雜交組合的選擇1、有較強的親和力：親本在有性生殖過程中，具正常受精