《醫(yī)學實驗動物學》02第二章 實驗動物遺傳質量及其對動物實驗

第二章實驗動物遺傳質量及其對動物實驗的影響精選課件第一節(jié)、實驗動物遺傳學分類及其特性

第二節(jié)、實驗動物遺傳學質量控制

精選課件動物的分類

實驗動物經濟動物按用途野生動物觀賞動物

精選課件

種的概念。實驗動物的種，品種和品系。

精選課件

在生物分類學上，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。精選課件

實驗動物學的品種是種以下的非自然的單位，是人為選擇的產物。人類根據不同需要把動物的外形和生物學特性進行改良，選擇和定向培育，使之具備某些生物學特性，這些其特性能穩(wěn)定遺傳，就把同種動物中具有不同遺傳特性的動物分為不同的品種。精選課件英國短毛種豚鼠近交系213RAP遠交群DHDunkinHartleyDHPDunkinHartleypirbrightDHPK精選課件如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。精選課件

品系是根據不同的實驗目的，采用近親交配方式繁殖，且遺傳背景明確的動物。獨特的生物學特性相似的外貌穩(wěn)定地遺傳特性。精選課件

如C57BL/6小鼠是近交系小鼠中的一個品系，屬低癌，高補體活性的小鼠；全身黑色被毛；其生物學特性穩(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。精選課件近交系

Inbredstrain

經至少連續(xù)20代的全同胞兄妹交配培育而成，品系內所有個體都可追溯到起源于第20代或以后代數的一對共同祖先，近交系數達到98.6%以上,該品系稱為近交系。精選課件

經連續(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。精選課件親兄妹交配親子交配F21XF21F20XF21F22XF22F21XF22F23XF23F22XF23F24F24精選課件近交系數,F

動物個體的基因組成中純合子在基因型的出現率。后代個體基因位點固定同一祖先基因的比率。

精選課件

**體型較大動物的近交系培育很難獲得成功；因為成功率低，往往成為經濟上的沉重負擔。精選課件

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；雞和兔也要花費較長時間。目前根據研究的特別需要，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達到80％以上時(相當于親兄妹交配4代)，即可稱為近交系。

精選課件近交系動物的命名一般以大寫英文字母命名，亦可以用大寫英文字母加阿拉伯數字命名，符號應盡量簡短。如A系，TA1系等。精選課件C3hC3HC3HBalb/c,129,A,C57BL/6亞系和支系C57BL/6J精選課件近交系的遺傳學特性

及應用精選課件1.基因純合性

經過連續(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；這樣的個體與品系內任何一個動物交配所產生的后代，也應是純合子。

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。

精選課件2.同基因性

同一個近交品系中所有個體在遺傳上是同源的，個體間極為相似，具有基本相同的遺傳組成和遺傳特點，也就是基因型相同。因此，同品系個體間可進行組織或腫瘤移植，也可用一只動物檢測該品系的基因型。

精選課件3.表現型的均一性

同一近交系動物，在相同環(huán)境因素的作用下，由于同基因性，其表現型是均一的，如血型、組織型、體重、毛色、可遺傳疾病的發(fā)病率、對藥物的反應、甚至行為的類型等。用較少量的近交系動物可達到生物統計需要的精密度。

精選課件4.遺傳穩(wěn)定性

近交系動物的基因高度純合，堅持近親交配則增加其在特定部位純合子，減少了遺傳變異，使動物的基因型可長期處于穩(wěn)定狀態(tài)，導致近交系動物長期遺傳穩(wěn)定性。近交系動物的遺傳變異僅發(fā)生在少量殘留雜合基因，或基因的突變，而這種機率非常低。

精選課件5.個體性

每個品系在遺傳上都是獨特的，有些品系可能發(fā)生一些疾病，成為研究人類疾病理想的模型。品系間的差別顯示在量上，而不是在質上，在研究上非常有用：可在眾多的近交系中，篩選出對某些因子敏感，和不敏感的品系，以達到不同的研究目的。

精選課件6.分布廣泛性

近交系動物個體具備品系的全能性，任何個體均可攜帶該品系全部基因庫，引種僅需1-2對動物。不少近交系動物已分布在世界各地，意味著：不同地區(qū)，不同國家的科學家有可能重復或驗證已取得的理論和數據。

精選課件7.背景資料和數據較完整

近交系動物在培育和保種過程中都有詳細記錄，一些常用品系具有相當數量的背景資料；有大量文獻記載了各種品系的生物學特性。這些有關品系的特征、壽命和自發(fā)性疾病等資料，對今后的研究工作的設計和動物實驗結果的解釋提供便利條件。

精選課件8.可分辨性

每個近交系都有自己獨特的生化標志基因。研究者在掌握了遺傳質量監(jiān)測方法后，通過建立品系的遺傳概貌，和定期的遺傳檢測，可以分辨混雜在一起的兩個，或兩以上外貌近似的品系動物。精選課件近親交配的意義

和弊端精選課件意義

近親交配是實驗動物獲得遺傳均一性的典型方法。

使用較少的近交系動物，即可達到統計學要求的精密度。

同一近交系的全部動物，在遺傳上相同，減少了表現型的變異。

在個體之間能互相接受皮膚和腫瘤移植。遺傳質量可看作是長期穩(wěn)定精選課件近親交配的弊端

固定基因時，有害的隱性基因也會純合，出現不利的性狀而造成育種失敗；

近交還可能導致多基因之間喪失平衡，從而使高度純化的動物對不良環(huán)境的調節(jié)適應能力降低；

近交使動物失去為保持足夠生物適合度所必需的最低水平的基因雜合性，從而影響動物生長率，壽命，對疾病的感受性，生活力，體力及繁殖能力。精選課件鑒于近交系動物具備上述特性，其應用首推遺傳學研究，可消除雜合遺傳背景的影響，以較少的動物取得較一致的動物實驗結果。精選課件

其次，近交系動物在腫瘤研究工作中應用最廣泛，被培養(yǎng)的品系也最多；對腫瘤的病因學、發(fā)病學、實驗治療和新抗癌藥物的研究等都作出重大貢獻。精選課件

隨著生物醫(yī)學科學研究的發(fā)展，已培育成功各種人類疾病的動物模型，如：高血壓大鼠、癲癇大鼠、糖尿病小鼠、白血病小鼠，白內障小鼠、先天性肌萎縮小鼠、免疫缺陷型小鼠等等。這些近交系動物家系清楚，取材方便，是進行基因連鎖分析，比較理想的實驗材料。精選課件

在某些涉及組織細胞或腫瘤移植的實驗中，個體間組織相容性一致與否，是實驗成敗的關鍵。因此，近交系動物成為不可缺少的實驗動物。精選課件近交系動物的保持目前最廣泛采用的是建立全同胞親兄妹交配核心群保持過程中的技術問題選擇與淘汰精選課件近交系動物的生產少量生產核心群內得到大量生產紅綠燈制精選課件二.封閉群(遠交群)

ClosedcolonyorOutbredstock精選課件封閉群動物的概念

以非近交交配方式進行繁殖生產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，或叫遠交群。精選課件

封閉群可分為起源于近交系,但并不進行全同胞交配的維持群;

和起源于非近交系,亦不進行全同胞交配的維持群兩類。

精選課件

群體世代間近交系數上升率必須低于1%。這類動物和近交系不同，在動物群體內的個體之間，具有某種程度的遺傳學差異。精選課件

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。精選課件封閉群動物的命名

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。精選課件

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。

Ssmu:KM表示上海第二醫(yī)科大學保持的KM封閉群小鼠。精選課件

封閉群動物的遺傳學特性及應用精選課件

對于封閉群的研究，無論在理論上還是實踐上，無論在國內還是國外，都落后于近交系。精選課件

其原因在于封閉群是屬于群體遺傳理論范疇，不僅群體遺傳學本身產生較晚，而且該理論又不能機械地套用于封閉群。至今，對封閉群動物的研究工作幾乎都局限于實驗小鼠和大鼠，且資料也甚少。精選課件1.基因庫大，雜合率高

封閉群是一種長期與外界隔離，雌雄個體間能夠隨即交配的動物群，其遺傳組成比較接近自然狀態(tài)下的動物群體結構，具有類似于人類群體遺傳異質性的遺傳組成。其基因的雜合率較高，個體間的基因型不一致，因此，群體基因庫較近交系大。精選課件2.群體基因頻率基本保持穩(wěn)定

封閉群動物不從其外部引入新基因，又堅持隨機交配，從而使群體在群體基因頻率可達到哈臺—溫伯格平衡，一定范圍內保持相對穩(wěn)定的遺傳特征。

精選課件哈代-溫伯格平衡的數學證明配子精子卵子基因AaA頻率p0q0p0p02p0q0aq0p0q0q02

N代A基因頻率為p0，a基因頻率為q0N+1代A基因頻率為p1，a基因頻率為q1(P0+q0=1)p1=p02+p0q0=p0（p0+q0）

=p0q1=q02+p0q0=q0（p0+q0）

=q0精選課件3.封閉群內個體間差異程度主要取決于其祖代起源精選課件

鑒于封閉群動物具備上述特性，在遺傳學研究中，常作為選擇實驗的基礎群體，供作某性狀遺傳力的研究。精選課件封閉群動物的遺傳組成具有很高的雜合性其繁殖力和生活力較強

表現為平均胎產仔數多，胎間隔短，仔鼠離乳率高，生長快，成熟早，抗病力強，壽命長；生產成本低，可大量供應廣泛用于各種預試驗、學生教學和常規(guī)的藥物篩選和毒性試驗中。精選課件封閉群動物的保持和生產隨機繁殖法分組循環(huán)法最大限度避免近交法精選課件四.重組近交系和

重組同類系RecombinantinbredstrainRecombinantcongenicstrain精選課件回交和雜交的特性1.回交一種實驗動物與另一種不同遺傳特性的近交系交配獲得N1，N1帶有1/2近交系的基因組成；N1再與該近交系交配得到N2，N2帶有3/4近交系的基因組成。精選課件

如果就這樣與近交系進行n次回交，按1-（1/2）n的概率替換近交系的基因；經7-8次回交，將能得到大體上同近交系具有相同基因組成的新品系。精選課件

在非近交系動物中發(fā)現新的突變基因時，用該種交配方法，將基因導入已有的近交系，比將發(fā)生突變的動物培育成新的近交系效率更高。精選課件2.雜交就是將不同的群體或品系動物進行交配。

假設近交系A的基因型為A1/A1，B1/B1，C1/C1……；近交系B的基因型為A2/A2，B2/B2，C2/C2……。兩種品系內的血緣系數R=1；而兩種品系無共同的祖先R=0。精選課件

把這兩種品系進行雜交，產生F1的基因型是均一的A1/A2，B1/B2，C1/C2……；個體各基因位點均是雜合型，又保持了個體遺傳均一性，即F1的各個體間血緣系數R=1；還可能出現新的遺傳特性。精選課件

如近交系NZB和NZW的F1中發(fā)現了自身免疫性疾病鼠。精選課件重組近交系

重組近交系由兩個近交系雜交后，經連續(xù)20代以上兄妹交配育成的近交系。精選課件重組同類系

由兩個近交系雜交后，子代與兩個親代中的一個近交系進行數次回交（通?；亟?次），再經無特殊基因選擇的近親交配而育成的近交系。精選課件重組近交系的命名

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數字予以區(qū)分。精選課件如：由BALB/c與C57BL/6雜交育成的一組近交系分別命名為CXB1、CXB2……。精選課件重組同類系的命名

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數字予以區(qū)分。精選課件如：由BALB/c為受體近交系，以STS為供體近交系（S），經2代回交育成的一組重組同類系分別命名為CcS1、CcS2……。

精選課件重組近交系和重組同類系的遺傳學特性及應用

重組近交系是實驗動物近十年來遺傳學的最重要發(fā)展成果之一。精選課件

以兩個無關的近交系進行雜交，產生F1后，再兄妹交配連續(xù)20代以上育成一組近交系。該組近交系既有其雙親品系的特性，又有重組后每個重組近交系的特性。精選課件

重組近交系已廣泛應用于新的多態(tài)性基因位點和新的組織相容性位點的鑒定、多態(tài)性位點的多效性及其連鎖性的研究；還用于動物壽命、自發(fā)性和誘發(fā)性疾病的研究；以及生理學、藥理學、形態(tài)學和行為學等方面的研究。

精選課件

第二節(jié)實驗動物遺傳學質量控制精選課件

隨著生物醫(yī)學科研的發(fā)展及其需要，目前世界上已培育成功數百種近交品系和封閉群動物，加上不同的亞系和新建的突變群，其種（品系）數量愈千。精選課件在各科研或教學單位的實驗動物飼育繁殖部門，一般都保持幾個或幾十近交系。而在多個品系動物生產繁殖過程中，無法確保絕對不發(fā)生計劃外雜交。精選課件有必要進行實驗動物的遺傳質量控制

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準的；

生產繁殖部門希望確證：所提供的實驗動物符合遺傳控制的質量。精選課件

當今，人類已步入21世紀生命科學新時代，世界范圍內蓬勃發(fā)展新技術革命。隨著各種新技術，新檢測方法的建立，可用于實驗動物遺傳質量檢測的新技術也越來越多。精選課件

國際實驗動物理事會提出了實驗動物質量檢測必須符合“4E原則”。準確

Exact簡便Easy

有效Efficient

經濟Economic精選課件目前常用的檢測方法

生化標志基因位點檢測

皮膚移植

下頜骨形態(tài)學分析

毛色基因交配測試等精選課件實驗動物的遺傳質量控制的意義

每個品系（或種群）的遺傳概貌；

定期進行常規(guī)質量檢測，證明被檢動物質量是否符合遺傳概貌；

簽發(fā)品系（種群）的合格證書。精選課件一.遺傳概貌的確定

近交系遺傳概貌是指一套生化標志基因位點,根據這些位點可確切無誤地判定品系,并將其同其它近交品系,甚至可能只有1-2個位點不同的亞系區(qū)分開來。精選課件

從理論上講，遺傳概貌應至少由每條染色體的3個位點組成：每條染色體著絲點相應的近端和遠端各1個位點和中部1個位點。精選課件

一旦確定了遺傳概貌后，檢測特定的染色體就能夠完成近交系遺傳質量的判定。精選課件

在某些書上，對實驗動物的遺傳質量檢測的介紹僅局限于近交系動物，忽視了封閉群動物同樣需要遺傳質量的檢測，且其遺傳概貌包括的內容更多，檢測的工作量更大。精選課件

國際實驗動物理事會對封閉群實驗動物遺傳概貌應包括的內容作出要求。精選課件封閉群動物遺傳概貌內容

繁殖數據

整體分析

胎間隔整體脂肪含量成活新生數整體干物質含量

離乳仔數血液學數據

幼仔體重（2周齡）血紅細胞計數

淘汰種鼠特點血白細胞計數形態(tài)測定數據

血紅蛋白含量

體長血細胞比容

體重平均細胞容積

11個下頜骨測量數據尺骨長

精選課件二.遺傳質量檢測方案的設計

在確定了近交系動物的遺傳概貌后，為了保證遺傳質量檢測的可靠和完善，又實現“4E原則”，沒有必要（也不可能）不停息的對遺傳概貌中的所有位點進行檢測。精選課件檢測方案的設計1.執(zhí)行了檢測方案，就能及時發(fā)現近交系動物計劃外的雜交。2.方案必須規(guī)定檢測足夠數量的染色體，以利確定被測品系具有相同的基因型。3.方案必須以對盡可能少的動物的檢測結果，實行全同胞質量監(jiān)測。精選課件

在實驗動物國家標準《哺乳類實驗動物的遺傳質量控制》（GB14923-2001）中規(guī)定：對基礎群，凡在子代留有種鼠的親本動物都應進行檢測；對生產群動物每年至少進行一次遺傳質量檢測，每次應采樣≥6只。精選課件三.生化標志基因位點測試

當前生物化學進展，已能靈敏地測定蛋白質化學結構的微小差異，這些差異由遺傳基因決定，是個體及品系固有的特性，可用作鑒定品系和個體的判定。

使用電泳技術顯示蛋白質不同性狀，便能建立每一近交系獨特的基因概貌。精選課件

如A/He小鼠的異檸檬酸脫氫酶Idh-1表型為A型，基因型是a/a，在基因概貌中記為a；A/He小鼠的多肽酶Pep-3表型為B型，基因型是b/b，在基因概貌中記為b。精選課件

經研究，目前實驗小鼠至少有64種生化標記（同功酶或蛋白質）位點；在大鼠近交系中，生化標記位點僅有少量的報道。精選課件

在實驗動物國家標準《哺乳類實驗動物的遺傳質量控制》（GB14923-2001）

對近交系小鼠選擇位于10條染色體上的13個生化位點

對近交系大鼠選擇9個生化位點，作為生化標記檢測。精選課件

生化標志基因位點測試法是一種得到廣泛應用的靈敏的遺傳質量檢測方法，它能證實近交系和確定亞系間的遺傳關系，具有較高的應用價值。精選課件

該方法必須嚴格選擇每一種顯示同功酶的緩沖液，電泳的溫度、時間、電壓和電流的最佳值。使用這種方法需要一定的技術和設備。精選課件四.皮膚移植

實驗證明動物具有接受或排斥所植皮膚的能力。每個近交系的全部個體在遺傳上高度純合，所以，同品系的個體間能互相接受皮膚移植；而不同品系的個體間植皮就會互相排斥。精選課件

皮膚移植也是的常用的遺傳質量檢測方法，在國家推薦標準（GB/T14927.2-2001）《實驗動物近交系小鼠\大鼠皮膚移植法》中，對該方法的基本操作步驟有詳細的介紹和規(guī)定。精選課件

小鼠和大鼠的檢測中普遍采用的是快速、有效的尾部皮膚移植法。

植皮后至少觀察100天，只有在100天以上植皮雙方均不發(fā)生排斥，才能證實待測小鼠或大鼠的遺傳純合性。

精選課件

在對已知品系檢測時，若急性排斥占手術例數30%，須重新考慮采樣，以確認是技術性還是其他原因造成的結果。精選課件供體受體移植結果近交系同品系同性別接受近交系不同品系排斥近交系本品系同其他品系雜交F1接受近交系♀同品系♂接受近交系♂同品系♀排斥雜交F1F1親代品系排斥雜交F1雜交F2接受雜交F2雜交F1排斥（少數接受）實驗動物皮膚移植規(guī)律精選課件皮膚移植法優(yōu)點：

易掌握、高度靈敏、經濟、不需昂貴設備、對植皮接果的排斥或接受容易判斷。精選課件

皮膚移植法不足：該方法費時：為檢測非H-2組織相容性基因的差異，需觀察100天后才能作出判斷；

飼養(yǎng)植皮動物需一定飼養(yǎng)空間；

會出現一些系技術或其他非免疫因素植皮實驗失敗。

該方法不是鑒別新品系的理想方法。精選課件五.下頜骨形態(tài)學分析

下頜骨形態(tài)是高度遺傳的性狀，由多態(tài)性位點確定。下頜骨的形態(tài)和大小在小鼠的近交系間存在明顯差異，所以，下頜骨分析是一種合理的方法。精選課件

該方法是一種靈敏和有效的鑒