實驗動物的遺傳控制課件

1、第二章 實驗動物的遺傳學質量控制 第一節(jié) 實驗動物的遺傳學分類 從遺傳觀點講，實驗動物應是遺傳限定的動物，根據基因的純合程度實驗動物可分為近交系、封閉群、雜交群。 相同基因型： 近交系： 同源突變近交系 同源導入近交系 分離近交系 重組近交系 雜交群： 雜交F1代 不同基因型： 封閉群： 遠交種 突變種實驗動物品種、品系1.種：動物“種”（species）是生物學分類的最基本單位，而在實驗動物中，種是指可以相互交配且后代有繁殖能力的同一種類的動物。2.實驗動物品種（stock，breed）：一般指具有一些容易識別和人們所需要的性狀，而且是可以穩(wěn)定遺傳的動物群體。通常把封閉群動物稱為品種，如新西

2、蘭白兔、KM小鼠等。3.品系（strain）：實驗動物學上把基因高度純合的動物稱為品系動物，通常指近交系、突變系動物。作為一個品種、品系應具備的條件相似的外貌特征 如KM品種，BALB/c品系小鼠毛色為白色，C57BL/6品系毛色為黑色。獨特的生物學特性穩(wěn)定的遺傳性能 一個品種或品系必須具有一定的育種價值，雜交F1代繁殖后代時，性狀發(fā)生分離，不能成為一個品系。具有共同的遺傳來源和一定的遺傳結構 任何品種和品系都可追溯到其共同的祖先，并由此分支經選育而成。第二節(jié) 近交系動物一、基本概念近交：遺傳上血緣關系較近的雌雄個體之間的近親交配。近交類型：純交：相同基因型個體之間的交配，AAAA回交：純合子

3、與雜合子之間的交配，AaAA互交：相同雜合子之間的交配，AaAa近交程度的表示近交系數：指群體中某個個體通過遺傳攜帶兩個同源等位基因的概率。根據近親交配的世代數，將基因的純化程度用百分比來表示。理論上，隨著同胞交配或親子交配世代數的增加，近交系數上升，到20代時，近交系數可達98.6，雜合基因僅剩1.4。 公式:Fn=1-(1-F)n 100% 全同胞 F=19.1% 同父異母 F=11.0% 堂兄妹 F=8% 親子交配 F=19.1%血緣系數：群體中個體之間的基因組成的相似程度用數值來表示。一卵孿生子之間的基因組成完全相同時，血緣系數為100，子代從雙親中獲得基因各一半，親子之間的血緣系數為

4、50。近交引起的變化：自然界的動植物的遺傳上一般都是雜合子，所以培養(yǎng)近交系動物都來源于雜合體，通過長期近親交配后，動物的雜合性逐漸降低，其純合性逐漸升高，以致動物的表型趨向一致。近交引起的不利影響是近交衰退，其原因是多方面的。一般認為主要是由以下兩方面：（1）隱性有害基因的暴露（2）破壞多基因平衡。近交衰退 ( inbred inflation )： 指在近交過程中動物群體由于基因分離和純合而產生的不利于個體和群體發(fā)育的現象。近交衰退包括：1.由于有害隱性基因的純合，出現遺傳缺陷或某種疾病發(fā)生率的提高。2.影響繁育如產子數下降、母性不良。3.個體發(fā)育不良，對環(huán)境的適應性差。近交系動物的概念 至

5、少經過20代以上的連續(xù)全同胞交配或親子交配，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的動物群。 亞系和支系的概念亞系（substrain）的形成：育成的近交系可能由于殘余雜合性和突變導致部分遺傳組成的改變。近交系的亞系分化是指一個近交系內各個分支的動物之間，已經發(fā)現或十分可能存在遺傳差異。通常下述三種情況會發(fā)生亞系分化: 1）在兄妹交配代數達40代前形成的分支（即發(fā)生于F20F40之間）；2）一個分支與其他分支分開繁殖超過100代突變所致；3）已發(fā)現一個分支與其他分支存在遺傳差異。產生這種差異的原因可能是殘留雜合、突變或遺傳污染（genetic contamin-atio

6、n ）（即一個近交系與非本品系動物之間雜交引起遺傳改變）。由于遺傳污染形成的亞系，通常與原品系之間遺傳差異較大，因此對這樣形成的亞系應重新命名。例如由GLaxo保持的A近交系在發(fā)生遺傳污染后，重新命名為AZG。遺傳污染：是指最常見的實驗動物管理事故，通常是由于其他品系動物與本 品系動物發(fā)生交配所致。遺傳漂變：是指一個品系動物基因型在飼養(yǎng)過程中可能發(fā)生的隨機改變，這種改變多由于近交系動物殘留雜合基因分離，造成了亞系的形成。突變：由于動物基因組中某個核苷酸殘基的置換、缺失或插入，引起一個等位基因的改變。支系的形成：一個近交系或亞系內部，由于非?？赡艽嬖诃h(huán)境的、母方的或細胞的差異，或者也許不是非常可

7、能存在遺傳上的差異時，則這個近交系或亞系出現支系。 人為技術處理：如卵巢移植（o）、人工喂養(yǎng)（h）、代乳（f）、受精卵或胚胎移植（e）、冷凍保存（p）等。 種群轉移到新的保持者：如引種到另一實驗室。二. 近交系動物的特征遺傳基因位點的純合性遺傳組成的同源性遺傳組成的獨特性長期的遺傳穩(wěn)定性遺傳組成的可分辨性表型的一致性對外界因素的敏感性生活力下降國際分布廣泛背景資料生產飼養(yǎng)成本高常用近交系品系1、BALB/cAnN 遺傳背景：1923年Mac Dowell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NI

8、H。2、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（英國牛津實驗動物場）。3、DBA/2N 遺傳背景： 1909年Little培育，1951年由JAX引到NIH。淡棕色。4、C3H/He/Ola 遺傳背景： 1920年Strong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。6、CBA/J/Ola 遺傳背景： 1920年Strong培育，1947年引到Andervont近交35代后，

9、于1948年引到JAX，1983年引到OLAC。野鼠色。三近交系動物的分類及各種近交系動物的應用近交系包括: 普通近交系 重組近交系 同源突變近交系 同源導入近交系 分離近交系（一）普通近交系基本概念：通過至少（或相當）連續(xù)20代以上兄妹或親子交配之后培育而成 應用：節(jié)省樣本量組織細胞或腫瘤移植實驗：個體間相容性一致隱性純合基因的暴露，獲得先天性畸形及先天性疾病的動物模型，如糖尿病、高血壓等。某些品系自發(fā)或誘發(fā)腫瘤，成為腫瘤病因學，腫瘤藥理學模型。多個近交系同時使用，分析不同的遺傳組成對某項實驗結果的影響，或觀察實驗結果是否具有普遍意義。（二）重組近交系概念重組近交系：兩個無血緣關系的近交系雜

10、交后得到F2代，分組分別經連續(xù)20代以上的兄妹交配而育成的近交系列組動物。祖系：為重組近交系提供親代的兩個近交系。應用 重組近交系對祖系間有差異的性狀和基因進行遺傳分析是非常有用的實驗材料。1、分離分析2、連鎖分析3、功能分析（三）同源突變、同源導入、分離近交系同源近交系： 在一個普通的近交系中，幾乎所有基因位點上都帶有相同的基因，如果兩個近交系除了個別位點上攜帶的基因不同外，其它位點上的基因都一樣，稱這兩個近交系是同源的，即遺傳上相同，稱個別不同的基因為差異基因。1.同源突變近交系兩個近交系除了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。即是某個近交系在某基因位點上發(fā)生突變而分離

11、出的近交系亞系，與原近交系的差異只是發(fā)生突變的基因位點上帶有不同的基因，而其它位點上的基因完全相同。同源突變近交系有別于通常所說的近交系亞系分化，因為這里的突變相當明確地改變了原近交系的組成。2.同源導入近交系概念：通過基因導入的方法將一個目的基因導入某個近交系的基因組內，由此形成的一個近交系與原來的近交系只是在一個很小的染色體片段上基因不同。供系：提供目的基因的品系。配系：接受目的基因的品系，配系必須是近交系，供系可以是任何一種基因類型的動物。3.分離近交系在培育近交系的過程中，采用一定的交配方法，迫使個別基因位點上的基因處于雜合狀態(tài)，則分離出該基因位點上帶有不同等位基因的兩個近交系亞系。4

12、.同源近交系的應用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。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系。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。對復雜的多基因性狀進行遺傳分析。四. 近交系動物的命名普通近交系的命名1.一般用14個大寫英文字母表示，如A、AKR、DBA2.大寫英文字母結合數字，如TA1、TA2、C3H、C57BL3.非正規(guī)命名已為國際廣泛認同可保留沿用，如129、6154.近交代數表示：品系名稱+F+近交代數，如A（F78）， 若資料不全，在已知代數前加？，如AKR（F？+10）。若從其他實驗室引入的近交系或亞系，又經自

13、己的實驗室繁殖若干代，其近交代數的表示是在F后先標明引入時的代數，再加上自己實驗室繁殖的代數，如C57BL/Jnga(f73+26)。5.品系優(yōu)先權：任何品系命名應參照國際命名委員會的規(guī)則，若出現兩個品系符號相同，則保留先正式公布者。亞系和支系的命名亞系命名原則是在品系名稱后加斜線號，再加上數字或培育者名稱縮寫，或者以數字開頭與縮寫同時使用， 如A/He(F87)是指近交到87代由Heston培育的A品系的亞系。支系命名原則是在品系（亞系）名稱后加雙斜線號，再加上數字或培育者名稱縮寫，雙斜線號也可省略。如：C57BL/6J/Lac表示由英國實驗動物中心Lac維持的支系品系經過技術上的處理，用小

14、寫英文字母作為相應符號來表示。如代乳、受精卵轉輸、卵巢移植等。C3HfB，AeB，AOB重組近交系的命名重組近交系的命名是在兩個祖系名稱之間加上X，同一系列中不同的近交系在其后面加連字號，再加數字。如AKR和C57BL雜交培育的一系列重組近交系可命名為AKXB-1，AKXB-2，AKXB-3等。同源突變近交系的命名 品系名稱后連字號和基因符號 如C57BL/6J-bg表示C57BL/6J攜帶bg基因，如果突變基因是雜合的，用“+”代表野生型基因， C57BL/6J-bg /+，如果基因是純合的，則表示為C57BL/6J-bg/bg。同源突變近交系的代數用M表示， C57BL/6J-bg(F58

15、+M+F20)表示在58代時發(fā)生突變，然后又進行20代近交。同源導入近交系的命名在品系名稱后加“”和供體名稱縮寫，再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基因的同源導入近交系。如果供體不是近交系，可以不加以命名，例如BLAB/c-nu/+表示攜帶雜合nu基因的BLAB/c品系，nu基因來自于非近交系。分離近交系的命名 品系名稱后連字號和雜合基因符號，如DW-dw/+表示DW品系在dw位點是雜合的。五.近交系動物的繁殖方法（一）引種：作為繁殖所用的原種的近交系動物必須遺傳背景明確，來源清楚，有較完整的資料（包括品系名稱、

16、近交代數、遺傳基因特點及主要生物學特征等）。（二）繁殖：繼續(xù)保持兄妹交配方式。近交系動物的繁殖可分為基礎群、血緣擴大群、生產群。當近交系動物生產供應數量不大時，一般不設血緣擴大群，僅設基礎群和生產群。1.基礎群設基礎群的目的：一是保持近交系自身的傳代繁衍；二是為擴大繁殖提供種動物?；A群嚴格以全同胞兄妹交配方式進行繁殖。應設動物個體記錄卡（包括品系名稱、近交代數、動物編號、出生日期、雙親編號、離乳日期、生育記錄等）和繁殖系譜；基礎群（包括血緣擴大群）動物不超過57代都應能追溯到一對共同祖先。2.血緣擴大群血緣擴大群的種動物來自基礎群。以全同胞兄妹交配方式進行繁殖；也應設個體繁殖記錄卡；血緣擴大

17、群動物不超過57代都應能追溯到其在基礎群的一對共同祖先。3.生產群設生產群的目的是生產供應實驗用近交系動物。生產群動物來自基礎群或血緣擴大群。生產群動物一般以隨機交配方式進行繁殖；應設繁殖記錄卡；生產群動物隨機交配代數一般不應超過4代，所以要不斷從基礎群或血緣擴大群向生產群引入動物，確?；A群與生產群動物的血緣關系和遺傳一致性。這種方式也有人稱為紅綠燈制度，即第一代為白標簽，第二代為綠標簽，第三代黃標簽，第四代為紅標簽，不再繼續(xù)繁殖。應注意生產的動物要全部作為實驗用動物提供，不得留種，種子動物從擴大群中引入。近交系動物的生產過程兄妹交配隨機交配（四代）隨機交配（四代）兄妹交配兄妹交配兄妹交配供

18、應六. 近交系動物的維持群體內必須嚴格按照全同胞交配方式進行，保持近交系群體的遺傳均一性不遭到破壞和防止遺傳漂變。已經育成的近交系不得與其他品系雜交。近交系有特異的遺傳特性，適用于特定的研究，保種過程中不許產生更多亞系。近交繁殖力低，選擇繁殖力高的，淘汰繁殖力低的家系。對個體進行詳細記錄，如近交代數、雙親編號、出生日期等。第三節(jié) 封閉群動物一、群體的遺傳結構 1、基因頻率( alleles frequency )： 在一個二倍體群體中某一基因對其等位基因的相對比率(p、q)。 2、基因型頻率(genotype frequency )： 一個 群體中某一性狀的各種基因型間的比率(D、H、R)。基

19、因頻率與基因型頻率的關系 P=D+1/2H q=R+1/2H 3、隨機交配( random mating )： 在一個有性繁殖的生物群體中，任何一個雌性或雄性的個體與任何一個相反性別的個體交配的概率都相等。Hardy-Weinberg定律： 1、在隨機交配的大群體中，如果沒有突變、選擇和遷移，則群體每一世代的基因頻率保持不變。 2、任何一個大群體，無論其基因頻率如何，只要經一代隨機交配，基因型頻率達到平衡。 3、平衡狀態(tài)下 D=p2 H=2pq R=q2二、封閉群動物的概念封閉群：以非近親交配方式進行繁殖生產的實驗動物種群，在不從外部引入新的個體的條件下，至少連續(xù)繁殖4代以上，稱為封閉群，亦稱

20、為遠交群。封閉群按其來源和遺傳背景不同，可分為兩類： 來源于近交系的封閉群及其子代，不用兄妹交配方式保種來進行生產的實驗動物；來源于非近交系，不是以培育近交系為目的的而生產的實驗動物群。遠交種：一個長時期于外界隔離，雌雄個體之間能夠隨機交配的動物群，其遺傳組成比較接近于自然狀態(tài)下的動物群體結構。常見的遠交種動物有ICR小鼠、NIH小鼠、SD大鼠、新西蘭兔、Wistar大鼠等。突變種：攜帶個別突變基因的封閉群，這些突變可能以純合或雜合形式存在于封閉群中。特點： 1、一定的雜合性：不引入新的基因，又不使 群體內基因丟失。 2、相對的穩(wěn)定性：群體在一定范圍內保持相 對穩(wěn)定的遺傳特征。 3、個體差異取

21、決于祖代動物。 4、較強的繁殖力、抗病力。 5、群體易保存有模型價值的突變基因。 封閉群動物的命名遠交種的命名： 1. 一般用2-4個大寫字母表示， 如ICR、NIH小鼠 2. 習慣用法，如Wistar大鼠，New Zealand White兔 3. 在大寫字母之前加上一個大寫字母和3個小寫字母構成的培養(yǎng)者或保留者的符號，并且與品系名稱用冒號隔開，如Lac:LACA是由英國實驗動物中心保持的LACA小鼠，N:NIH是由美國國立衛(wèi)生研究院保存的NIH小鼠。突變種的命名： 在遠交種命名的基礎上加上適當的基因符號（斜體），如N:NIH-nu/nu是由美國國立衛(wèi)生研究院保存的帶有純合裸基因的NIH小鼠

22、。 封閉群動物（遠交種）的遺傳組成具有很高的雜合性，類似于人類群體遺傳異質性的遺傳組成，用于人類遺傳學研究、藥物篩選、毒物試驗，生物制品和化學藥品的鑒定等方面。封閉群動物（遠交種）具有較強的繁殖力和生活力，飼養(yǎng)繁殖不需詳細的譜系記錄，易于管理，廣泛用于教學、預試驗和一般實驗。封閉群動物的突變種攜帶的突變基因通?？蓪е聞游锬承┓矫娴漠惓＃蔀樯韺W、胚胎學和醫(yī)學研究的模型。如高血壓大鼠。封閉群動物的應用 1、類似人群體遺傳的異質性組成，在藥物篩 選、毒性試驗方面有不可替代的作用。 2、可大量供應，用于預試驗、教學。 3、用于攜帶突變基因。封閉群動物的繁殖方法（一）引種：作為繁殖用原種的封閉群動物

23、必須遺傳背景明確，來源清楚，有較完整的資料（包括種群名稱、來源、遺傳基因特點及主要生物學特征等）。為保持封閉群動物的遺傳異質性及基因多態(tài)性，引種動物數量要足夠多，小型嚙齒類封閉群動物引種數目一般不能少于25對。（二）繁殖原則當封閉群中每代交配的雄種動物數目為10-25只時，一般采用最佳避免近交法，也可采用循環(huán)交配法。當封閉群中每代交配的雄種動物數目為26-100只時，一般采用循環(huán)交配法，也可采用最佳避免近交法。當封閉群中每代交配的雄種動物數目多于100只時，一般采用隨選交配法，也可采用循環(huán)交配法。（三）繁殖方法1.最佳避免近交法 留種時，每只雄種動物和每只雌種動物，分別從子代各留一只雄性動物和

24、雌性動物，作為繁殖下一代的種動物。動物交配時，盡量使血緣關系較近的動物不配對繁殖，編排方法盡量簡單易行。分兩種情況：（1）對于大、小鼠等生殖周期較短，易于集中安排交配，可按下述方法編排配對進行繁殖：最佳避免交配法的交配編排n+1代籠號雌種來自n代籠號雄種來自n代籠號112234356815169211043161615（2）對于某些動物品種：如狗、貓、家兔等，生殖周期較長，難于按以上方式編排交配，只要保持種群規(guī)模不低于10只雄種，20只雌種的水平，留種時每只雌、雄動物各留一只子代的雌、雄動物作種用，交配時盡量避免近親交配，則可以把繁殖中每代近交系數的上升控制在較低的程度。2.循環(huán)交配法循環(huán)交配

25、法廣泛適用于中等規(guī)模以上的實驗動物封閉群。其優(yōu)點一是可以避免近親交配，二是可以保證種用動物對整個封閉群有比較廣泛的代表性。具體實施辦法是將封閉群劃分為若干個組，每組含有若干個繁殖單位（一雄一雌單位、一雄二雌單位、一雄多雌單位等）。安排各組之間以系統方法進行交配，編排方法可參照最佳避免近交法的交配編排。3.隨選交配法當封閉群的動物數量非常多，不易用循環(huán)交配法進行繁殖時，可用隨選交配法。即從整個種群中隨即選取種用動物，然后任選雌雄種動物交配繁殖。封閉群動物的維持要維持好一個封閉群，在自繁過程中，必須防止小群體近交。保持群體有效大小在50只以上。選種時，同窩（架）留單一性別，雌雄分別編組，各組按隨機交配在整個群體中進行，避免產生群體內隔離狀態(tài)。按以上交配方法使每世代的近交系數上升率小于1，從而保證群體遺傳的穩(wěn)定性。第四節(jié) 雜交群動物基本概念雜交群：兩個或兩個以上品系動物之間交配產生的后代。由兩個無關的近交系雜交繁殖的第一代動物稱為雜交F1代動物。實驗動物學所說的雜交群通常是雜交F1代動物。親本品系：兩個用于生產雜交F1代的近交系。提供雄性的為父系