實驗動物學-遺傳學控制課件

第二章

實驗動物的遺傳學控制實驗動物遺傳質(zhì)量控制是實驗動物標準化的主要內(nèi)容之一。從遺傳學角度講，實驗動物是具有明確遺傳背景并受嚴格遺傳控制的遺傳限定動物。根據(jù)遺傳特點不同分為近交系封閉群（遠交群）雜交一代動物第一節(jié)實驗動物的遺傳學分類一、實驗動物品種、品系的概念一切動物的分類都離不開傳統(tǒng)的生物學分類法則。每一種實驗動物都可以在傳統(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。實驗動物品種品系應具備的四個基本條件：1、相似的外貌特征；2、獨特的生物學特性；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構。實驗動物按遺傳學控制分類一、近交系動物（Inbredstrains) 1、同源突變近交系 2、同源導入近交系 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)第二節(jié)近交系動物的特點及應用 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)達到99%以上。近交指任何血緣相近的個體間進行的交配。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。近交系的主要缺點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。當飼養(yǎng)環(huán)境改變，或?qū)游镞M行某些技術性處理時，也有可能對近交系的某些生物學特征產(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。這些處理在某些實驗中會影響實驗結果，因此有必要對同一品系或亞系進行區(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。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，由國際實驗動物科學委員會（ICLAS）的小鼠標準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可。對承認的近交系四年公布一次，其中包括各個品系的歷史、來源、獨特的生物學特性等介紹，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、縮寫符號及標準命名等。這些資料供全世界參考，在進行新的命名時可避免重復及混亂。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用。近交系、亞系和支系的命名在國際上一般按以下原則進行：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）。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。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指由英國實驗動物中心（Lac)維持的C57BL/6J品系的亞群。某些技術上的處理，則應該用小寫英文字母作為相應的符號加以注明。例如：C3HfC57BL表示由C57BL品系代乳的C3H品系，通常也可縮寫為C3HfB6。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中都使用縮寫，而培育單位和培育人的符號常用代號。我們要能夠看懂近交系命名中的符號，必要時可在有關資料中查找。這樣，才能在看似復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/22、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)的動物個體間進行皮膚和腫瘤移植不被當做異己而被排斥。當應用生化或免疫學的方法檢測個體在各條染色體上的基因標記，可以看到同一品系內(nèi)不同個體間的基因型完全一致。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特征完全一致。例如：血型、組織型、生化同功酶以及形態(tài)學上的特征，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，所以對與之有關的實驗處理有均一性極高的反應性5、可分辨性（identification)每個近交系都有各自特有的標準遺傳概貌，包括毛色基因、生化基因和免疫學性狀基因等。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行遺傳監(jiān)測，可以識別各個近交品系動物是否可靠。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，這些基因的組合構成了品系的遺傳組成。因此，各個品系具有獨自的遺傳組成和獨自的生物學特性。這些遺傳和表型的獨特性使各個近交品系之間的差異相當大。目前國際上公認的500多個近交品系小鼠之間，均各有明顯的區(qū)別，有其不同的反應性和敏感性。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)、不同國家的科學家有可能去重復和驗證已取得的結果和數(shù)據(jù)。了解已命名大小鼠的途徑：《MouseNewsLetter》每2年《InbredStrainsofMice》每2年《CancerResearch》每4年

http://www.rgnc.gen.gu.se常用近交系實驗動物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。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)嶒瀯游飯觯?。DBA/2N遺傳背景：1909年Little培育，1951年由JAX引到NIH。淡棕色。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。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。二、應用由于近交系動物具有諸多的優(yōu)點，目前已得到越來越廣泛的應用。特別是在生理學、藥理學、毒理學、微生物學、免疫學、腫瘤學、遺傳學、實驗動物行為學等學科，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實驗的正確性和重復性。1、與遠交種（封閉群）相比，近交系動物個體間極為一致，對實驗反應一致，可以消除雜合遺傳背景對實驗結果的影響，因此在實驗中，實驗組和對照組都只需要少量的動物。2、在某些涉及組織細胞或腫瘤移植的實驗中，個體之間組織相容性一致與否，是實驗成敗的關鍵。這樣，近交系動物就成為必不可少的實驗動物。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，是進行基因連鎖分析、比較遺傳學、生理學和胚胎生物學研究的理想實驗動物。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、腫瘤藥理學研究的重要模型。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實驗的影響，或觀察實驗結果是否具有普遍意義。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)學生物學研究中所使用的相同基因型動物的一種。雜交F1代動物不是一個品種或品系，因為它不具有育種功能，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。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，符合實驗動物有明確遺傳背景的基本要求，在實驗研究中應用時能獲得一致的、可重復的、正確的實驗結果。二、命名雜交F1代動物的命名方法主要是標明雜交F1代親本的品系名稱與性別。習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B6D2F1三、特性與應用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。2、雜交優(yōu)勢雜交群動物具有較強的生命力，對疾病的抵抗力強，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驗，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胞、組織、器官和腫瘤的移植。4、具有親代雙親的特點。5、國際上分布廣泛。6、作為某些疾病研究的模型。應用：1、在同一遺傳背景下比較基因位點上不同等位基因的遺傳效應。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系。3、消除雜合遺傳背景對某些突變基因表達的影響，以獲得更為穩(wěn)定的實驗動物模型。4、對復雜的多基因性狀進行遺傳分析。第四節(jié)封閉群動物

（Closedcolony)一、基本概念封閉群動物亦稱遠交系、非近交系和隨機交配品系。ICLAS規(guī)定：以非近親交配方式進行繁殖生產(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。封閉群是長期與外界隔離，雌雄個體之間能夠隨機交配的動物群。其遺傳組成較接近于自然狀態(tài)下的動物群體結構。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。封閉群動物的關鍵是不從外部引進任何新的基因，同時進行隨機交配，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??；d、培育代數(shù)。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表示由英國實驗動物中心（Lac)保持的LACA封閉群小鼠。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。突變種的命名是在封閉群命名的基礎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/+表示英國實驗動物中心保存的帶有雜合半肢畸形基因的LACA小鼠。三、特征與應用1、封閉群動物避免了近親交配，遺傳組成具有很高的雜合性，所以封閉群動物具有較強的繁殖力和生活力，表現(xiàn)為每胎產(chǎn)子多，胎間隔較短，仔鼠死亡率低，生長快，成熟早，壽命長，對疾病的抵抗力強。在飼養(yǎng)繁殖過程中無需詳細記錄譜系，成本低，易生產(chǎn)，可大量生產(chǎn)，充足供應。廣泛應用于預實驗，一般實驗及學生的教學。2、由于封閉群動物的遺傳組成具有很高的雜合性，所以在遺傳學研究中可作為選擇實驗的基礎群體，用于對一些性狀遺傳力的研究。3、由于其可攜帶大量的隱性有害基因，可用于估計群體對自發(fā)或誘發(fā)突變的遺傳負荷能力。4、封閉群動物具有類似于人類群體遺傳異質(zhì)性的遺傳組成，因此，在人類遺傳研究，藥物篩選和毒性試驗等方面起著不可替代的作用。5、封閉群突變種所攜帶的突變基因通常導致動物在某些方面的異常，從而成為生理學、胚胎學和醫(yī)學研究有用的動物模型。第七節(jié)實驗動物的遺傳質(zhì)量監(jiān)測一、基本概念：各種實驗動物遺傳育種生產(chǎn)的方法都是為了一個目的即：獲得遺傳上高度