醫(yī)學(xué)實驗動物學(xué)課件：第二章 實驗動物分類及質(zhì)量控制

第二章實驗動物分類及質(zhì)量控制一.遺傳學(xué)分類基本概況二.實驗動物遺傳學(xué)控制分類及應(yīng)用三.實驗動物遺傳學(xué)控制分類及應(yīng)用四.實驗動物微生物控制分類及應(yīng)用內(nèi)容動物學(xué)分類動物界脊索動物門哺乳綱嚙齒目豚鼠科豚鼠屬英國種阿比西尼亞種秘魯種第一節(jié)遺傳學(xué)分類基本概況常用哺乳綱實驗用動物的分類位置目的名稱實驗用動物種類單孔目Monotremata有袋目Marsupialia貧齒目Edentata食蟲目Insectivora翼手目Chiroptera靈長目Primates兔形目Lagomorpha嚙齒目Rodentia

鯨目Cetacea食肉目Carnivora鰭足目Pinnipedia長鼻目Proboscidea海牛目Sirenia奇蹄目Perissodactyla偶蹄目Artiodactyla至今無袋鼠犰狳、穿山甲刺猬蝙蝠獼猴、松鼠猴、狨猴、黑猩猩兔、鼠兔小鼠、大鼠、金黃地鼠、豚鼠、沙鼠、黑線姬鼠、田鼠江豚貓、犬、雪貂海狗至今無至今無馬、驢、騾豬、羊、牛、鹿種、品種及品系的概念

隨著實驗動物科學(xué)的進(jìn)展，實驗動物的分類方法愈來愈科學(xué)化。

在生物分類學(xué)上，動物“種”是動物分類的基本單位，是自然選擇形成；一般情況下，同種動物交配能順利繁殖后代，而異種動物存在生殖隔離。各種實驗動物經(jīng)過人類的長期馴化、培育和選擇，已與其祖先有著極顯著的差異。種的概念

品種是根據(jù)人為選擇所形成的“種”以下非自然的分類單位。實驗動物科學(xué)中，“品種”通常是指某些容易識別的動物外形及生物學(xué)特性，通過人工改良、選擇、培育后形成具有穩(wěn)定遺傳學(xué)特征的動物群體。品種與種的概念完全不同，切勿混淆。品種的概念

人類根據(jù)不同實驗?zāi)康?，采用一定交配繁殖方式獲得的基因高度純合且具有共同遺傳來源的動物群體。根據(jù)不同的交配繁殖方式，可將品系劃分為近交系、遠(yuǎn)交系、雜交系等。品系的概念英國短毛種豚鼠近交系2，13RAP遠(yuǎn)交群DHDunkinHartleyDHPDunkinHartleypirbrightDHPK

KM小鼠是封閉群小鼠中的一個品種，屬我國常用的實驗小鼠，1994年列入國際實驗動物理事會出版的實驗小鼠目錄。

如C57BL/6小鼠是近交系小鼠中的一個品系，屬低癌，高補(bǔ)體活性的小鼠；全身黑色被毛；其生物學(xué)特性穩(wěn)定地代代相傳。因此，品系和品種是實驗動物分類的基本單位。相似的外貌特征

具有相似的外貌特征是實驗動物品系應(yīng)具備的基本條件之一，例如C57BL/6品系小鼠的毛色呈黑色，DBA/2品系小鼠的毛色是灰褐色，而KM品系小鼠的毛色則是白色的。品系的基本條件獨(dú)特的生物學(xué)特性

在長期的研究過程中，科研人員將某些動物身上所表現(xiàn)的不同于其他動物的生物學(xué)特性，按照科學(xué)研究的需要進(jìn)行定向選擇；通過人工的定向遺傳育種將這些特性保留下來，才產(chǎn)生了如今眾多的動物品系。品系的基本條件穩(wěn)定的遺傳特性

作為一個品系，不僅需要具備相似的外貌特征和獨(dú)特的生物學(xué)特性，還必須具有穩(wěn)定的遺傳特性，即必須具有一定的育種價值。當(dāng)一個品系在自群繁殖時，必須能將其外貌特征及獨(dú)特的生物學(xué)特性穩(wěn)定地傳給后代品系的基本條件相同的遺傳特征

作為一個品系如果已經(jīng)具備上述3個條件，那么它一定會具有共同遺傳來源和獨(dú)特的遺傳結(jié)構(gòu)。任何品系及品種都具有其共同的祖先，并由此分支經(jīng)人工選育而成，其遺傳結(jié)構(gòu)也應(yīng)是獨(dú)特的。品系的基本條件基因控制程度分類同基因型動物：近交系動物、同源導(dǎo)入近交系動物、同源突變近交系動物、重組近交系動物、分離近交系動物、雜交F1代動物不同基因型動物：封閉群動物遺傳學(xué)分類的原則遺傳學(xué)控制分類近交系突變系雜交一代封閉群遺傳學(xué)分類的原則第二節(jié)實驗動物遺傳學(xué)控制分類及應(yīng)用

近交系Inbredstrain

近交系動物的概念

經(jīng)至少連續(xù)20代的全同胞兄妹交配培育而成，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，該品系稱為近交系。

經(jīng)連續(xù)20代以上親代與子代的交配，與全同胞兄妹的交配有同等效果。

近交系數(shù)達(dá)98.6％血緣系數(shù)達(dá)99.6%親兄妹交配親子交配F21XF21F20XF21F22XF22F21XF22F23XF22F22XF23F22F24

體型較大動物的近交系培育很難獲得成功；因為成功率低，往往成為經(jīng)濟(jì)上的沉重負(fù)擔(dān)。

如犬和貓連續(xù)全同胞兄妹交配20代，需要20年左右的時間；雞和兔也要花費(fèi)較長時間。目前根據(jù)研究的特別需要，已培育出兔、犬、貓、雞、羊、豬等的若干近交品系。

通常禽類和兔類等實驗動物的血緣系數(shù)達(dá)到80％以上時(相當(dāng)于親兄妹交配4代)，即可稱為近交系。近交系動物的命名通常以一個或數(shù)個大寫英文字母表示亦可用大寫英文字母加阿拉伯?dāng)?shù)字命名非正規(guī)的命名，如已為人知，則可保留沿用近交系的近交代數(shù)用大寫英文字母F表示，通常在品系代碼后加括號，先寫“F”，后寫代數(shù)。亞系的概念

指一個近交系內(nèi)各個分支的動物之間，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)或十分可能存在的遺傳差異。分支發(fā)生于F20~F40之間一個分支與其他分支分開繁殖超過100代已發(fā)現(xiàn)一個分支與其它分支存在遺傳差異。產(chǎn)生這種差異的原因可能是殘留雜合、突變或遺傳污染。亞系的命名數(shù)字，如DBA/1、DBA/2等培育或產(chǎn)生亞系的單或人的縮寫英文名稱,第一個字母用大寫,以后的字母用小寫。使用縮寫英文名稱應(yīng)注意不要和已公布過的名稱重復(fù)。當(dāng)一個保持者保持的一個近交系具有兩個以上亞系時，可在數(shù)字后再加保持者的縮寫英文名稱來表示亞系。作為以上命名方法的例外情況是一些建立及命名較早，并為人們所熟知的近交系，亞系名稱可用小寫英文字母表示。1.基因純合性

經(jīng)過連續(xù)20代以上的近親繁殖,近交品系個體基因已有98.6%以上純合；品系內(nèi)任何二個動物交配所產(chǎn)生的后代，也應(yīng)是純合子。因此，同一近交系動物的基因是一致的，沒有暗藏的隱性基因。近交系的優(yōu)點(diǎn)2.遺傳穩(wěn)定性

近親繁殖增加在特定部位純合子互相配合的可能性，個體殘留少量的雜合基因或基因突變概率較低，遺傳變異概率減少。近交系的優(yōu)點(diǎn)3.基因等同性

基因型是一切遺傳基礎(chǔ)的總和，是內(nèi)在的遺傳本質(zhì)。同一近交品系中所有個體在遺傳上是同源的，它們的等位基因高度純合和基因型相當(dāng)穩(wěn)定，具有基本相同的遺傳構(gòu)成和基因位點(diǎn)。近交系的優(yōu)點(diǎn)4.表型均一性

同基因型導(dǎo)致近交品系內(nèi)所有個體均具有相同的表型，尤其是可遺傳的某些生物學(xué)特征，如毛色、血型、組織型、腫瘤發(fā)病率、形態(tài)學(xué)特征、藥物反應(yīng)等，其均一性都較遠(yuǎn)交系動物強(qiáng)很多。近交系的優(yōu)點(diǎn)5.個體代表性

不同近交系均具有不同的遺傳組成和生物學(xué)特性，表現(xiàn)出不同的反應(yīng)性和敏感性，必須根據(jù)實驗?zāi)康膩磉x擇不同的近交系。不能輕率根據(jù)近交系動物遺傳均一、基因型相同、反應(yīng)性一致的特點(diǎn)，隨意選擇一個品系開展實驗。近交系的優(yōu)點(diǎn)6.分布廣泛性

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，這在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)或驗證已取得的理論和數(shù)據(jù)。近交系的優(yōu)點(diǎn)7.資料可查性

近交品系動物在保種和培育過程中通常都具備詳細(xì)記錄，同時這些動物分布廣泛和使用頻繁，目前世界上已有大量的文獻(xiàn)記載著各個品系的生物學(xué)特征。這些文獻(xiàn)資料對實驗過程中選擇合適的近交品系既具有指導(dǎo)作用，也為新的實驗設(shè)計和實驗結(jié)果的分析評價提供了豐富的參考信息。近交系的優(yōu)點(diǎn)8.品系可辨性

每個近交品系均有各自獨(dú)特的遺傳概貌，選用生化位點(diǎn)、皮膚移植、毛色基因和下頜骨測量等不同方法進(jìn)行定期監(jiān)測，即可區(qū)分和識別各個近交品系。

近交系的優(yōu)點(diǎn)近交系的缺點(diǎn)有害隱性基因的暴露：通常一些有害的隱性基因被顯性的雜合子等位基因所掩蓋，但經(jīng)過一段近交繁殖，純合子比例增加，隱性基因致病作用開始顯現(xiàn)，對個體的生長發(fā)育、生活和生育等產(chǎn)生負(fù)面影響。多基因平衡的破壞：近交繁殖會打破野生型動物原有的多基因平衡系統(tǒng)，導(dǎo)致生長發(fā)育緩慢、繁殖量低、母性差、抵抗力弱等問題。另外一方面近交系對環(huán)境和營養(yǎng)的要求也較一般動物高，因此所需的維持費(fèi)用也相應(yīng)增高。近交系的培育全同胞兄妹交配：同父母所生同一胎內(nèi)雌雄之間個體的連續(xù)交配純交：兩個相同的純合子之間交配互交：兩個雜合子之間的交配回交：父女或母子之間的交配混合雜交：先用兩個無關(guān)的純合子交配產(chǎn)生F1代，再用F1代自交所產(chǎn)生的純合子與原純合子交配。

近交系的維持核心群：嚴(yán)格采用全同胞兄妹交配方式，用基礎(chǔ)平行線系統(tǒng)保持品系的種源，為增殖群提供種鼠增殖群：種鼠來源于基礎(chǔ)群，采用全同胞兄妹交配方式繁殖，用來擴(kuò)大群體個體數(shù)量，為生產(chǎn)群提供種鼠。生產(chǎn)群：有增殖群供給種子，采用隨機(jī)交配方式大量繁殖生產(chǎn)供實驗用的小鼠。供應(yīng)群：來源于上述生產(chǎn)群中每個世代繁殖的仔鼠，育成后供實驗用。重組近交系的概念

重組近交系由兩個近交系雜交后，經(jīng)連續(xù)20代以上兄妹交配育成的近交系。其他近交系重組近交系的命名

由兩個親代近交系的縮寫名稱中間加大寫英文字母X命名。由相同雙親交配育成的一組近交系用阿拉伯?dāng)?shù)字予以區(qū)分。如：由BALB/c與C57BL/6雜交育成的一組近交系分別命名為CXB1、CXB2……。重組同類系的概念

由兩個近交系雜交后，子代與兩個親代中的一個近交系進(jìn)行數(shù)次回交（通?；亟?次），再經(jīng)無特殊基因選擇的近親交配而育成的近交系。其他近交系重組同類系的命名

由兩個親代近交系的縮寫名稱中間加小寫英文字母c命名，其中用作回交的親代近交系（稱受體近交系）在前，供體近交系在后。由相同雙親育成的一組同類系用阿拉伯?dāng)?shù)字予以區(qū)分。如：由BALB/c為受體近交系，以STS為供體近交系（S），經(jīng)2代回交育成的一組重組同類系分別命名為CcS1、CcS2……。

同源突變近交系的概念由近交系發(fā)生基因突變而形成，兩個近交系除了在1個明確位點(diǎn)等位基因不同外，其他遺傳基因全部相同。其他近交系同源突變近交系命名

由發(fā)生突變的近交系名稱后，以連接號連接突變基因符號的英文傾斜印刷體。如DBA/Ha-D

當(dāng)突變基因必須以雜合子形式保持時，用“+”代表野生型基因，如：A/Fa-+/c。同源導(dǎo)入近交系

通過雜交-互交或回交等方式將一個基因?qū)氲浇幌抵?，新的近交系與原來的近交系只是在一個很小的染色體片段上的基因不同其他近交系同源導(dǎo)入近交系的命名接受導(dǎo)入基因的近交系名稱提供導(dǎo)入基因的近交系的縮寫名稱，并與a項之間用英文句號分開導(dǎo)入基因的符號（用英文斜體），與b項之間以連字符分開近交系的應(yīng)用遺傳學(xué)研究：采用多個近交系作比對研究腫瘤學(xué)研究：近交系自發(fā)性或誘發(fā)性腫瘤的發(fā)病率較高生殖生理研究：遺傳背景明確，取材方便異種組織移植：近交系動物個體間組織相容性較高制備疾病模型：由于隱性基因純合性狀表現(xiàn)，利于培育制備先天性畸形和先天性疾病動物模型雜交群動物的定義由不同品系或種群間雜交產(chǎn)生的后代。實驗動物科學(xué)中，專門用于實驗研究用的雜交群又稱為雜交一代。它是由兩個無關(guān)近交系之間進(jìn)行雜交而繁殖的第一代動物。雜交一代動物不是一個品系或品種，因為它不具備育種功能。雜交群動物

系統(tǒng)雜交動物的特點(diǎn)個體間的基因型相同表型一致具有雜種優(yōu)勢具有雜交組合基因互作效應(yīng)雜交群命名

在括號內(nèi)，以雌性親代名稱在前，雄性親代名稱在后；二者間以大寫英文字母“X”相連；括號后標(biāo)明雜交的代數(shù)，如F1，F(xiàn)2等。如：（C57BL/6XDBA/2）F1=BXD2F1雜交群的應(yīng)用干細(xì)胞移植免疫細(xì)胞動力學(xué)單克隆抗體封閉群動物的概念

以非近交交配方式進(jìn)行繁殖生產(chǎn)的一個實驗動物種群，在不從其外部引入新個體的條件下，至少連續(xù)繁殖4代以上，稱為一個封閉群，或叫遠(yuǎn)交群。封閉群動物

例如ddN小鼠，Wistar大鼠、我國各研究單位長期自行繁殖的KM小鼠、青紫蘭兔、新西蘭白兔、大耳白兔等均屬此類。封閉群動物的命名

封閉群由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，第一個字母須大寫，后面的字母小寫，一般不超過4個字母。保持者與種群名稱之間用冒號分開。如：N：NIH表示美國國立衛(wèi)生研究院（N）保持的NIH封閉群小鼠。封閉群動物特點(diǎn)封閉群具有雜交優(yōu)勢，因此具有繁殖率高、疾病抵抗力強(qiáng)、供應(yīng)量充足的優(yōu)點(diǎn)。封閉群就群內(nèi)個體間而言實驗反應(yīng)性具有一定差異，因此封閉群的實驗可重復(fù)性和一致性不佳。封閉群的應(yīng)用

封閉群動物在生物制品和化學(xué)藥品的鑒定和篩選方面經(jīng)常使用。由于封閉群動物群體個體間保持著一定反應(yīng)性能的差異，對各種刺激的反應(yīng)有強(qiáng)一些的也有低一些的，但其平均的反應(yīng)性有一定穩(wěn)定性，故要對一些藥物的初步療效進(jìn)行篩選，封閉群動物就可以反映綜合的平均療效了。突變系動物

突變系動物的概念指正常染色體的基因發(fā)生突變而具有特殊遺傳性狀，這種遺傳變異造成后代的某個性狀或生物反應(yīng)與親本不同，具有某種特殊性狀表性的各種遺傳缺陷的品系。研究人員將這些突變動物按照科學(xué)研究的要求進(jìn)行定向培育，使育成的動物符合實驗要求，稱其為“突變系”動物?；蛲蛔?/p>

自然界中各種生物遺傳的保守性是相對的，而遺傳變異是絕對的，在成千上萬的基因復(fù)制過程中某個基因可能在一定環(huán)境條件下會偶然發(fā)生變異，即基因突變，遺傳突變是生命機(jī)體的特征之一。自發(fā)的突變率因不同的生物種類而異，正是由于持續(xù)不斷地發(fā)生遺傳變異，才促進(jìn)了地球上各種生物的進(jìn)化，才會有生物多樣性的存在。突變類型可見突變：基因突變的效果可以從表型觀察到，例如小鼠的無毛突變。生化突變：例如小鼠遺傳性糖尿病、免疫缺陷等。致死突變：如果是顯性突變，只要有一個基因突變，個體就可發(fā)生死亡，如果是隱性致死基因，則必須有兩個致死基因純合才產(chǎn)生致死作用。條件致死突變：帶有突變基因的個體在某些條件下是能成活的，而在另一些條件下是致死的。突變系的應(yīng)用腫瘤學(xué)和免疫學(xué)：裸小鼠、裸大鼠、SCID小鼠、NOD/SCID小鼠、BNX小鼠人類系統(tǒng)性紅斑狼瘡：NZB/W（雜交一代）小鼠、BXSB小鼠、MRL/lpr小鼠人類代謝性疾?。篠HR大鼠、GK大鼠、ob/ob小鼠、db/db小鼠人類銀屑?。喝逼ぶ蛔兪?、魚鱗狀皮膚突變鼠、無毛突變鼠第三節(jié).實驗動物遺傳學(xué)質(zhì)量控制遺傳質(zhì)量檢測的意義

科研人員都希望證明各自所得到的品系動物的遺傳背景是符合標(biāo)的

生產(chǎn)繁殖部門希望確證：所提供的實驗動物符合遺傳控制的質(zhì)量。有必要進(jìn)行實驗動物的遺傳質(zhì)量控制。遺傳改變的原因1.近交系基因改變的原因外來基因組的雜交：這種雜交所產(chǎn)生的遺傳污染不局限于一個基因位點(diǎn)，它的發(fā)生也不是間斷的逐漸積累發(fā)生的變化。殘余的雜合性：基因組完全純合的概率達(dá)99%以上，仍有部分基因未純合，另一方面由于雜合子遺傳型的個體生育力和生存力均較純合子強(qiáng)，易于繁衍和擴(kuò)群。遺傳突變：突變只有發(fā)生在代表血統(tǒng)的那些個體上，才能真正起作用。遺傳改變的原因2.封閉群基因改變的原因隨機(jī)的遺傳漂變：指在一個有限群體內(nèi)等位基因或單倍型頻率從一代到下一代的隨機(jī)改變，這種變化導(dǎo)致某些等位基因的消失、另外一些等位基因的固定，進(jìn)而改變?nèi)后w的遺傳結(jié)構(gòu)。因此封閉群體過小時，抽樣變化和突變的影響越大，等位基因和單倍型頻率的隨機(jī)改變越大?；蛭廴竞屯蛔儯夯虻奈廴竞屯蛔儠?dǎo)致群體的特性發(fā)生改變，改變的強(qiáng)度和外來基因或突變基因的數(shù)量成正比，而與有效群體大小成反比。遺傳質(zhì)量檢測實驗動物的遺傳質(zhì)量控制

每個品系（或種群）的遺傳概貌；

定期進(jìn)行常規(guī)質(zhì)量檢測，證明被檢動物質(zhì)量是否符合遺傳概貌；

簽發(fā)品系（種群）的合格證書。繁殖數(shù)據(jù)整體分析

胎間隔整體脂肪含量成活新生數(shù)整體干物質(zhì)含量

離乳仔數(shù)血液學(xué)數(shù)據(jù)

幼仔體重（2周齡）血紅細(xì)胞計數(shù)

淘汰種鼠特點(diǎn)血白細(xì)胞計數(shù)形態(tài)測定數(shù)據(jù)血紅蛋白含量

體長血細(xì)胞比容

體重平均細(xì)胞容積

11個下頜骨測量數(shù)據(jù)尺骨長封閉群的遺傳質(zhì)量檢測近交系的遺傳質(zhì)量檢測形態(tài)學(xué)檢測法：指作為遺傳檢測用的形態(tài)學(xué)遺傳標(biāo)記，主要利用易于檢測的外部形態(tài)特征，包括毛色基因測試法和下頜骨測量法近交系的遺傳質(zhì)量檢測染色體帶型檢測法：細(xì)胞學(xué)檢測法對包括核型（染色體數(shù)目、結(jié)構(gòu)、隋體有無、著絲粒位置等）和帶型（C帶、N帶、G帶等）的變化。它是一種很有價值的檢測亞系變異和混雜來源的方法。近交系的遺傳質(zhì)量檢測生化標(biāo)記檢測法：將一些易于用電泳方法進(jìn)行區(qū)分、遺傳差異性明顯的同工酶和同種異構(gòu)蛋白進(jìn)行比較。它具有檢測的基因位點(diǎn)明確、方法簡便快速、比較經(jīng)濟(jì)等優(yōu)點(diǎn)，但卻存在精確度不夠高的缺點(diǎn)。近交系的遺傳質(zhì)量檢測免疫學(xué)技術(shù)檢測：這類檢測方法包括混合淋巴細(xì)胞試驗、H-2基因、多價抗血清反應(yīng)和皮膚移植等方法。皮膚移植法是目前測定近交系遺傳質(zhì)量重要方法之一，具有簡便、準(zhǔn)確性高、檢測范圍較廣等優(yōu)點(diǎn)，但需要觀察較長時間。近交系的遺傳質(zhì)量檢測分子生物學(xué)標(biāo)記技術(shù)檢測微衛(wèi)星標(biāo)記隨機(jī)擴(kuò)增多態(tài)性DNAAFLP標(biāo)記SNP標(biāo)記小鼠和大鼠豚鼠、兔和地鼠犬和猴清潔級SPF無菌普通級清潔級SPF無菌普通級SPF常用實驗動物微生物學(xué)等級第四節(jié)實驗動物微生物控制分類及應(yīng)用普通動物

必須是不攜帶主要人獸共患病原體和動物烈性傳染病的病原體。飼育在開放環(huán)境里,使用的墊料和飼料,只消毒不滅菌;其飲水須符合城市飲用水標(biāo)準(zhǔn)。普通動物只能用于教學(xué)實驗和某些科研工作的預(yù)實驗。

清潔動物

亦稱二級動物。必須是不攜帶主要人獸共患病原體和動物烈性傳染病的