實(shí)驗動物學(xué)第二章-實(shí)驗動物的遺傳學(xué)控制

第二章實(shí)驗動物的遺傳學(xué)控制第一節(jié)概述第二節(jié)近交系動物第三節(jié)封閉群動物第四節(jié)雜交群動物第五節(jié)實(shí)驗動物的遺傳學(xué)質(zhì)量監(jiān)測2024/10/171第一節(jié)概述一、實(shí)驗動物在動物分類學(xué)上的位置在分類學(xué)上，根據(jù)動物的解剖、外形、生理生化等相似程度，在界的下面再依次分為門、綱、目、科、屬、種六個基本階元。以小鼠為例界（Kingdom）動物界門（Phylum）脊椎動物門綱（class）哺乳動物綱目（order）嚙齒目科（family）鼠科屬（genus）小鼠屬種（species）小鼠種2024/10/172常用哺乳類實(shí)驗用動物分類學(xué)地位目的名稱動物名稱貧齒目Edentata犰狳食蟲目Insectivora刺猬、鼩鼱、鼴鼠翼手目Chiroptera蝙蝠靈長目Primates獼猴、狨猴、樹鼩兔形目Lagomorpha兔、鼠兔嚙齒目Rodentia大鼠、小鼠、豚鼠、金黃地鼠、旱獺、黑線倉鼠、棉鼠、長爪沙鼠、鯨目Cetacea須鯨、齒鯨、白鰭豚食肉目Carnivore貓、犬、鼬鰭足目Pinnipedia海豹長鼻目Proboscidea亞洲象奇蹄目Perissodactyla馬、驢、騾、犀牛偶蹄目Artiodactyla牛、羊、鹿、豬2024/10/173二、種、品種與品系的概念種（Species）：是生物分類學(xué)上的基本單位，由自然選擇形成。在一般情況下，同種動物能共同生活、交配、繁衍后代，而異種動物之間存在生殖隔離，即使相近種的動物交配產(chǎn)仔，其后代也沒有繁殖能力。

各種實(shí)驗動物雖然來源于其野生型祖先，但它們已經(jīng)經(jīng)過人工長期選擇、馴化與培育，與其祖先有著極為顯著的差異，如實(shí)驗小鼠、大鼠等在遺傳概貌、生活習(xí)性等方面不同于其野生型。

特別是遺傳工程動物，可以說在某種程度上是“人造動物”。2024/10/174品種（stock）：是種以下的非自然分類單位，由人工選擇和定向培育出來的，具有某些生物學(xué)特性，能穩(wěn)定遺傳。品系（strain）：是實(shí)驗動物分類學(xué)上的專用名詞，采用一定的交配方式繁殖且祖先明確的動物群。

品系的三大特征：獨(dú)特的生物學(xué)特性，相似的外貌特性，穩(wěn)定的遺傳特性。2024/10/175三、實(shí)驗動物按遺傳學(xué)控制的分類方法

按遺傳學(xué)控制分類，可將實(shí)驗動物分為：近交系封閉群（遠(yuǎn)交系）雜交群不同類別動物其交配和保種方式不同。2024/10/176第二節(jié)近交系動物什么是近交？什么是近交系？

近交(inbreeding)即近親交配。從一個動物群體中有意識地選用血緣關(guān)系比較接近的雌雄個體進(jìn)行交配。

近親交配有三種形式：兄妹交配、母子交配和父女交配，最常用的形式是全同胞兄妹交配。

近交系(inbredstrain）是指采用連續(xù)全同胞兄妹交配（brother-Sisterinbreeding）20代以上而培育成的動物。

近交系動物因其基因型高度純合，等位基因趨于完全一致，近交系數(shù)可達(dá)98.6%，血緣系數(shù)達(dá)99.6%，個體間差異極小，因而用于實(shí)驗重復(fù)性好，對各種刺激反應(yīng)均一，實(shí)驗結(jié)果準(zhǔn)確。2024/10/177近交系數(shù)：是指在近親交配情況下各代減少異質(zhì)基因/增加純合基因的百分?jǐn)?shù)。近交系數(shù)的計算公式：

Fn=1–

（1–ΔF）n代數(shù)F代數(shù)F0011.9081.25012.9262.37513.9403.50014.9514.59415.9615.67216.9686.73417.9747.78518.9798.82619.9839.85920.98610.886血緣系數(shù)：一個群體中個體之間基因組成的相似程度用數(shù)值來表示。2024/10/178（二）近交系命名由于近交系動物品系繁多，命名頗為雜亂。國際上已規(guī)范近交系動物的命名，其規(guī)則是根據(jù)動物的來源、歷史和培育經(jīng)過，以一系列字母和數(shù)字作為品系代碼（straincode）來表示。

1.以一個或數(shù)個大寫英文字母表示，如A、DBA等。

2.大寫英文字母加數(shù)字命名，如C57BL、C3H。

3.用數(shù)字表示，如129、615等。有時還標(biāo)注近交代數(shù)。通常在品系代碼后加括號，先寫“F”，后寫代數(shù)；如615(F25)表示615小鼠，近交代數(shù)為第25代。2024/10/179亞系（Substrain)：亞系的概念和形成原因近交系的亞系分化是指一個近交系內(nèi)各個分支的動物之間，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)或十分可能存在遺傳差異的現(xiàn)象。通常下述三種情況會發(fā)生亞系分化。在兄妹交配代數(shù)達(dá)

40代以前形成的分支（即分支發(fā)生于

F20至F40之間）；從共同祖先分開

20代以上，因突然變異和遺傳漂變導(dǎo)致品系內(nèi)遺傳分化；經(jīng)遺傳分析已發(fā)現(xiàn)一個分支與其他分支存在遺傳差異。產(chǎn)生這種差異的原因可能是殘留雜合、突變或遺傳污染（geneticcontamination）（即一個近交系與非本品系動物之間雜交引起遺傳改變）。2024/10/1710亞系命名：

品系名稱后加斜線、數(shù)字和培育者的縮寫。近交系、亞系綜合命名法實(shí)例：

C57BL/6J：C代表ColdSpringHarborLaboratory(冷泉港實(shí)驗室)，57為第57號雌鼠，BL即Black(黑色)，6為亞系，J代表Jackson(杰克遜)實(shí)驗室。2024/10/1711常用近交系縮寫符號品系全稱縮寫符號BALB/cCC57BLBC57BL/6B6C57BL/10B10C57BRBRC3HC3CBACBDBA/1D1DBA/2D2AKRAKRⅢR3HRS/JHR2024/10/1712幾種特殊類型的近交系1.重組近交系（recombinantinbredstrain，RI）由兩個近交系雜交后，再經(jīng)連續(xù)20代以上兄妹交配培育成的近交系，稱為重組近交系。命名：♀親代近交系X

♂親代近交系如：CXB1、CXB2…

…

近交系A(chǔ)×近交系BF1代兄妹交配兄妹交配連續(xù)20代以上2024/10/1713幾種特殊類型的近交系

2.重組同類系（recombinantcongenicstrain，RC）

由兩個近交系雜交后，子代與兩個親代近交系中的一個近交系進(jìn)行數(shù)次回交（通常回交2次），再經(jīng)不對特殊基因選擇的連續(xù)兄妹交配（通常大于14代）而育成的近交系。命名兩個親代近交系的中間加小寫英文字母c，受體近交系在前，供體近交系在后。如：CcS1近交系A(chǔ)×近交系BF1代×近交系A(chǔ)子代×近交系A(chǔ)兄妹交配大于14代2024/10/17143.同源突變近交系（coisogenicinbredstrain）指兩個近交系除了在一個確定位點(diǎn)等位基因不同外，其它遺傳基因全部相同。命名：發(fā)生突變的近交系-突變基因如：BALB/c-nu/nu裸鼠C57BL/6J-bg

幾種特殊類型的近交系2024/10/17154.同源導(dǎo)入近交系（Congenicinbredstrain）是指通過雜交-互交和回交的方式將個體的一個基因?qū)氲浇幌抵校纱诵纬梢粋€新的近交系。這個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。命名：接受基因的近交系.提供基因的近交系-基因名稱如：B10.129-H-12b幾種特殊類型的近交系2024/10/1716A系腫瘤—A系（腫瘤易感）B系（腫瘤抵抗）代次0123414++——++———A系（腫瘤抵抗）Snell培育同源導(dǎo)入近交系（isogenicresistantline）2024/10/1717通過雜交-互交和回交進(jìn)行同源導(dǎo)入的方式應(yīng)用舉例：將遺傳工程小鼠的首建鼠（founder)外源基因?qū)氲紺57BL/6小鼠遺傳背景中；將單一的免疫缺陷基因?qū)氲搅硪幻庖呷毕菪∈笾?，建立?lián)合免疫缺陷小鼠，如將xid基因?qū)氲铰阈∈蠡蚪M內(nèi)，形成T、B細(xì)胞聯(lián)合缺陷；將scid基因?qū)氲絥od小鼠基因組內(nèi)，形成nod/scid小鼠，具有T、B淋巴細(xì)胞聯(lián)合免疫缺陷、NK細(xì)胞活性低下、無循環(huán)補(bǔ)體、巨噬細(xì)胞和抗原提呈細(xì)胞功能損害等特性,近年已成為人類腫瘤移植瘤的最佳研究模型。

182024/10/17思考：在飼養(yǎng)繁殖中發(fā)現(xiàn)一只無毛小鼠，已知無毛基因hr/hr是隱性基因，根據(jù)Snell發(fā)明的基因?qū)朐?，如何將此基因?qū)氲紺57BL/6J小鼠體內(nèi)？C57BL/6J無毛小鼠代次0123414+++-+-++52024/10/1719近交系動物的培育

原始材料的選擇從野生動物中選擇從現(xiàn)有的各種近交系、封閉群、雜交群中選擇2024/10/1720近交系小鼠的培育示意圖雌雄一對，可以傳代。子代死胎、流產(chǎn)或不育，不能傳代。2024/10/1721近交后引起的變化近交可以降低基因的雜合性，增加純合性近交可以使突變的隱性雜合基因暴露近交可將群體分離為不同基因型的近交品系近交可引起近交衰退2024/10/1722近交系保種和生產(chǎn)流程圖B×SB×SB×SB×S或隨機(jī)交配隨機(jī)交配核心群增殖群生產(chǎn)群供實(shí)驗用2024/10/1723近交系動物的特點(diǎn)1.基因的純合性（近交系動物的每個個體）

2.遺傳組成的同源性（一個近交系動物的所有個體）

3.遺傳組成的獨(dú)特性（不同近交系比較）

4.遺傳特征的可辨別性（不同近交系比較）

5.遺傳的穩(wěn)定性（所有近交系）

6.表現(xiàn)型的一致性（同一近交系個體間）

7.背景資料的可查性

8.國際分布的廣泛性2024/10/17241.對某一實(shí)驗刺激的反應(yīng)缺乏普遍性。

2.對環(huán)境適應(yīng)能力差。

3.生長發(fā)育慢，繁殖力差。近交系動物的缺點(diǎn)2024/10/1725近交系動物的應(yīng)用常用的近交系小鼠有：BALB/c、C57BL/6、DBA/1、DBA/2、C3H等。

常用的近交系大鼠有：Wistar、F344等。近交系豚鼠、兔的品系很少。廣泛應(yīng)用于遺傳學(xué)、免疫學(xué)和腫瘤學(xué)等研究領(lǐng)域。由于每個近交品系都具有獨(dú)特的生物學(xué)特性，個體基因型和表現(xiàn)型高度一致，因而實(shí)驗數(shù)據(jù)有著嚴(yán)格的品系專一性，因此在選擇品系時應(yīng)選擇對實(shí)驗刺激敏感的品系。2024/10/1726第三節(jié)封閉群動物定義：封閉群（closedcolony）是指以非近親交配方式進(jìn)行繁殖生產(chǎn)的一個種群，在不從外部引入新個體的條件下，至少連續(xù)繁殖4代以上的動物群體。---從群體角度遠(yuǎn)交系(Outbredstock)：同一種群內(nèi)無血緣關(guān)系的個體之間隨機(jī)交配所產(chǎn)生的后代稱為遠(yuǎn)交系。---從個體角度2024/10/1727由于封閉群動物采用隨機(jī)非近親交配的方式，它的遺傳組成比較接近于自然狀態(tài)下的動物群體結(jié)構(gòu)。在引種和飼養(yǎng)繁殖時，應(yīng)注意封閉群的“有效群體大小”。有效群體數(shù)量太小，導(dǎo)致該群體近交系數(shù)上升。國際實(shí)驗動物科學(xué)委員會規(guī)定封閉群動物每代近交系數(shù)增加不能超過1%，因此種群至少要達(dá)到25對(50只)以上。封閉群：小鼠：KM、ICR、NIH、Laca

大鼠：SD（Sprague-Dawley）、Wistar2024/10/1728

封閉群的繁殖方法封閉群采用循環(huán)交配法。最常用的是三級循環(huán)交配，即將種群分為A、B、C組，在留取種群繁殖下一代時，把不同組留取的♂和♀種鼠組合進(jìn)行交配。交配組合圖如下所示：新♂♀ABCBCACABABCABC原種群新種群♂

♀2024/10/1729封閉群的特點(diǎn)及應(yīng)用

封閉群動物的特點(diǎn)

1.保持群體動物基因的雜合性和基因頻率的穩(wěn)定性，因而無近交衰退，易飼養(yǎng)、抗病力強(qiáng)、繁殖率高、產(chǎn)仔多

2.對實(shí)驗刺激的反應(yīng)接近自然種屬的反應(yīng)特點(diǎn)

封閉群動物的應(yīng)用

1.藥物篩選和毒性試驗

2.一般實(shí)驗研究

3.廣泛用于預(yù)實(shí)驗和學(xué)生教學(xué)2024/10/1730封閉群使用時的注意事項由于不同動物供應(yīng)商建立的封閉群動物群之間可能存在細(xì)微的遺傳差異，這種差異可能會對實(shí)驗結(jié)果造成影響，因此建議在一個連續(xù)的藥理學(xué)、毒理學(xué)實(shí)驗中，應(yīng)選用一家動物供應(yīng)商提供的封閉群動物品種，而不要一個試驗選用這一家，另一個試驗選用另一家。KM和ICR的選擇KM是我國特有的封閉群品種，具有封閉群動物的所有優(yōu)點(diǎn)，而ICR則是國際上廣泛使用的。在體型上，同周齡ICR較昆明種大，比較適合手術(shù)或需要取材較多的實(shí)驗。2024/10/1731封閉群：品系內(nèi)大部分等位基因處于雜合狀態(tài)，其群體基因組成占種群基因庫的一部分。近交系：品系內(nèi)幾乎所有等位基因處于純合狀態(tài)，其群體基因組成完全一致，占種群基因庫的一小部分。近交系和封閉群動物遺傳組成的比較2024/10/1732同一近交系小鼠的不同個體間的等位基因都是純合的

同一封閉群的不同個體間的等位基因大都處在雜合狀態(tài)，但群體的基因頻率保持相對穩(wěn)定，接近種屬的自然狀態(tài)2024/10/17332024/10/1734封閉群的實(shí)驗數(shù)據(jù)：因為群體內(nèi)個體差異，表現(xiàn)為標(biāo)準(zhǔn)差大，但它反映了種屬對刺激的反應(yīng)。近交系的實(shí)驗數(shù)據(jù)：因為群體內(nèi)個體差異極小，表現(xiàn)為標(biāo)準(zhǔn)差小，但同一刺激對不同近交系反應(yīng)不同，有的高，有的低，它僅反映某個基因型對刺激的反應(yīng)。封閉群與近交系實(shí)驗結(jié)果的比較示意圖封閉群近交系A(chǔ)近交系B正常組實(shí)驗組

定義：由兩種不同的近交系雜交所繁殖的第一代雜交動物稱為雜交群（Hybrid），又稱為系統(tǒng)雜交動物，或“F1”代。雜交群動物的雙親來自兩個不相關(guān)的近交系，它具有以下幾種特征：各個個體的基因型相同，是其父母基因型的組合。表型一致，對試驗反應(yīng)均一。具有雜交優(yōu)勢，生活力和抗病力比近交系強(qiáng)。具備雙親的生物學(xué)特性。由于基因互作，可產(chǎn)生不同于雙親的新性狀。第四節(jié)雜交群動物2024/10/1735國際上常用的雜交群小鼠組合2024/10/1736第五節(jié)實(shí)驗動物的遺傳學(xué)質(zhì)量監(jiān)測為什么要進(jìn)行遺傳監(jiān)測？基因突變殘留雜合基因的分離人為造成遺傳污染2024/10/1737

監(jiān)測目的近交系動物：保證近交系動物遺傳質(zhì)量與標(biāo)準(zhǔn)一致，基因的高度純合。淘汰各種原因引起的遺傳變異的個體。突變系動物：防止突變基因在繁殖過程中丟失。封閉群動物：防止群體內(nèi)個體之間發(fā)生近交，保持整個群體各位點(diǎn)的基因頻率穩(wěn)定在一定的范圍。2024/10/1738近交系動物遺傳質(zhì)量監(jiān)測常用方法原理方法評價形態(tài)學(xué)1.下頜骨形態(tài)分析法較復(fù)雜，需要經(jīng)過復(fù)雜計算，捕殺大量動物2.毛色基因測試法簡單，但需長時間觀察3.染色體帶紋分析法較復(fù)雜，準(zhǔn)確性較差免疫學(xué)1.同系異體植皮法簡單，有權(quán)威性，得到結(jié)果時間長2.H-2復(fù)合體監(jiān)測法較復(fù)雜，費(fèi)用高，準(zhǔn)確性較高3.混合淋巴細(xì)胞培養(yǎng)較復(fù)雜，費(fèi)用高，需一定設(shè)備生物化學(xué)生化標(biāo)記電泳法經(jīng)濟(jì)、準(zhǔn)確性高，普遍采用2024/10/1739近交系小鼠生化標(biāo)記示意圖aaaabb–+Gpi-1（磷酸葡萄糖異構(gòu)酶1）：Chr.7帶型：Gpi-1aBALB/cNGpi-1bC57BL/6Naaaabb–+Es-1（酯酶1）：Chr.8帶型：Es-1aC57BL/6NEs-1bCBA/N通過對多個生化標(biāo)記位點(diǎn)的檢測可區(qū)分不同的小鼠近交系2024/10/1740符號染色體位置位點(diǎn)名稱AAKRC3H/HeC57BL/6CBA/NBALB/cDBA/1DBA/2TA1TA2615Car-23碳酸酐酶-2babaababbaaCe-217過氧化氫酶-2abbabbbbabbEs-18酯酶-1bbbabbbbabbEs-311酯酶-3cccacaccaccEs-1014酯酶-10abbababbbaaGpd-14葡萄糖6磷酸脫氫酶-1bbbabbabbbbG