實驗動物的遺傳學控制

實驗動物的遺傳學控制第1頁/共47頁第二章實驗動物的遺傳學控制第一節(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)突變系動物第五節(jié)雜交群動物第六節(jié)實驗動物的遺傳學質量監(jiān)測第2頁/共47頁第一節(jié)概述

一、實驗動物在動物分類學上的地位在分類學上，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。

實驗動物源于野生動物，在動物分類學上可以找到它們的位置。但是由于長期的人工飼養(yǎng)和定向培育，無論在遺傳概貌還是生活習性上都與原型有了很大不同，特別是遺傳工程動物，可以說在某種程度上是“人造動物”。第3頁/共47頁以小鼠為例界（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）小鼠種第4頁/共47頁常用哺乳類實驗用動物分類學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、豬第5頁/共47頁

二、種、品種與品系的概念種（Species）：是生物分類學上的基本單位，由自然選擇形成。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，具有某些生物學特性，能穩(wěn)定遺傳。品系（strain）：是實驗動物分類學上專用名詞，采用一定的交配方式繁殖且祖先明確的動物群。

三大特征：獨特的生物學特性，相似的外貌特性，穩(wěn)定的遺傳特性。第6頁/共47頁

三、實驗動物按遺傳學控制的分類方法按遺傳學控制分類，可將實驗動物分為：近交系封閉群（遠交系）突變系雜交群不同類別動物其交配和保種方式不同。第7頁/共47頁第二節(jié)近交系動物定義：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系比較接近的雌雄個體進行交配。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98.6%，血緣系數(shù)達99.6%，個體間差異極小，因而用于實驗重復性好，對各種刺激反應均一，實驗結果準確。第8頁/共47頁近交系數(shù)：是指在近親交配情況下各代減少異質基因/增加純合基因的百分數(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。第9頁/共47頁（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。第10頁/共47頁亞系（Substrain)：在近交系培育和維持過程中，由于殘留雜合基因的分離、基因突變以及在不同地區(qū)繁育而造成同一品系內不同分支之間在遺傳上有差異的動物稱為亞系。亞系形成的原因：1.近交40代之前，殘留雜合基因的分離2.不同地點繁育100代以上3.基因突變4.遺傳污染后繼續(xù)近交許多代亞系命名：品系名稱后加斜線、數(shù)字和培育者的縮寫。如

C57BL/6J(F118)第11頁/共47頁支系（Subline）：通過各種非自然繁育技術處理的品系稱之為支系。這些處理包括：人工哺乳(fosteronhandrearing)其它品系帶奶(fosternursing)

代奶品系命名：品系全稱后加“f”，再加奶媽品系名稱。如DBA/1NfAKR受精卵移植等(embryotransfer)卵巢移植(ovarytransfer)

受精卵或卵巢移植術后繁殖的品系命名：品系全稱后加“e”，再加接受受精卵或卵巢移植術的品系名稱。如AeB6冷凍保存(cryo-preservation)

冷凍保存后移植的品系命名：品系全稱后加“pe”，再加上接受受精卵移植的品系名稱。如C57BLpeCBA/N第12頁/共47頁常用近交系縮寫符號品系全稱縮寫符號Balb/cCC57BLBC57BL/6B6C57BL/10B10C57BRBRC3HC3CBACBDBA/1D1DBA/2D2AKRAKRⅢR3HRS/JHR第13頁/共47頁幾種特殊類型的近交系1.重組近交系（recombinantinbredstrain）由兩個近交系雜交后，再經連續(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：AKXB-1,2,3…

…

近交系A×近交系BF1代兄妹交配兄妹交配連續(xù)20代以上第14頁/共47頁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行數(shù)次回交（通?；亟?次），在不對特殊基因進行選擇的前提下，再近親交配而育成的近交系。命名近交系A×近交系BF1代×近交系B子代×近交系B兄妹交配連續(xù)20代以上第15頁/共47頁3.同源導入近交系（Congenicinbredstrain）：是指通過雜交-互交和回交的方式將個體的一個基因導入到近交系中，由此形成一個新的近交系。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第16頁/共47頁A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培育同源導入近交系（isogenicresistantline）第17頁/共47頁思考：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)明的基因導入原理，如何將此基因導入到C57BL/6J小鼠體內？C57BL/6j無毛小鼠代次0123414+++-+-++5第18頁/共47頁4.同源突變近交系（coisogenicinbredstrain）指兩個近交系除了在一個確定位點等位基因不同外，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：C57BL/6J-bg

Balb/c-nu/nu裸鼠幾種特殊類型的近交系第19頁/共47頁近交系動物的培育

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、雜交群中選擇第20頁/共47頁近交系小鼠的培育示意圖雌雄一對，可以傳代。子代死胎、流產或不育，不能傳代。第21頁/共47頁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第22頁/共47頁近交系保種和生產流程圖B×SB×SB×SB×S或隨機交配隨機交配核心群增殖群生產群供實驗用第23頁/共47頁近交系動物的特征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.遺傳的穩(wěn)定性（所有近交系）

4.遺傳組成的獨特性（不同近交系比較）

5.遺傳特征的可辨別性（不同近交系比較）

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.國際分布的廣泛性第24頁/共47頁1.對某一實驗刺激的反應缺乏普遍性

2.對環(huán)境適應能力差

3.生長發(fā)育慢，繁殖力差近交系動物的缺點第25頁/共47頁近交系動物的應用應用最廣泛的是近交系小鼠，其次是近交系大鼠。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。廣泛應用于遺傳學、免疫學和腫瘤學等研究領域。第26頁/共47頁第三節(jié)封閉群動物

定義：封閉群（closedcolony）是指以非近親交配方式進行繁殖生產的一個種群，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。---從群體角度遠交系(Outbredstock)：同一種群內無血緣關系的個體之間隨機交配所產生的后代稱為遠交系。---從個體角度第27頁/共47頁由于封閉群動物采用隨機非近親交配的方式，它的遺傳組成比較接近于自然狀態(tài)下的動物群體結構。在引種和飼養(yǎng)繁殖時，應注意封閉群的“有效群體大小”。有效群體數(shù)量太小，導致該群體近交系數(shù)上升。封閉群：小鼠：KM、ICR、NIH、Laca

大鼠：Sprague-Dawley（SD）、Wistar第28頁/共47頁

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，在繁殖下一代時，把不同組生產的♂和♀組合進行交配。交配組合圖如下所示：新♂♀ABCBCACABABCABC原種群新種群♂

♀第29頁/共47頁封閉群的特點及應用

封閉群動物的特點

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、繁殖率高、產仔多

2.對實驗刺激的反應接近自然種屬的反應特點封閉群動物的應用

1.藥物篩選和毒性試驗

2.一般實驗研究

3.廣泛用于預實驗和學生教學第30頁/共47頁封閉群：品系內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第31頁/共47頁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)第32頁/共47頁

定義：由自然突變，或經人工誘變，使動物正常染色體上的基因發(fā)生突變，表現(xiàn)出某種遺傳缺陷、或某種特異遺傳性狀的動物被稱為突變動物。將突變動物按照科學研究的要求進行定向培育，保留其突變基因獨特性狀，并能穩(wěn)定遺傳下去成為一個品系，稱為“突變系”動物。如裸鼠、糖尿病大鼠等。第四節(jié)突變系第33頁/共47頁什么是基因突變？

基因突變是包括堿基對的替換、增添和缺失三種情況。┯┯┯┯┯

ＡＴＡＧＣ

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┷┷┷┷增添替換缺失第34頁/共47頁

基因突變的原因1.自發(fā)突變頻率很低，每一核苷酸發(fā)生突變的頻率是10的9-10次方2.誘發(fā)突變物理因素：宇宙射線、X線或γ線化學因素：

N-乙基-N-亞硝基脲（N-ethyl-N-nitrosourea，ENU）引起點突變

苯丁酸氮芥（chlorambucil，CHL）引起多位點缺失

第35頁/共47頁

基因突變的表現(xiàn)：可見突變

動物發(fā)生了可由肉眼觀察到的臟器器官的變異或缺陷以及精神行為異常。如無被毛及胸腺發(fā)育不全的裸小鼠、裸大鼠等。血液生化突變

動物體內表達某一功能蛋白質的基因發(fā)生突變，導致該蛋白質的功能障礙，如酪氨酸酶基因缺陷，其催化的生化反應發(fā)生障礙，導致白化病。致死性突變

致死性突變有顯性和隱性兩種，如鐮狀紅細胞貧血癥就是隱性致死性突變。也有一些致死性突變，在某種條件下動物可以存活，缺乏這種條件動物則會致死。第36頁/共47頁突變系的命名：品系全稱后加一橫線，再標上突變的等位基因符號（用+表示雜合位點），小寫字母表示隱性突變，大寫字母表示顯性突變。如：ICR-nu/nu第37頁/共47頁

突變系的應用

1.攜帶的突變基因導致動物在某些方面的異常，可成為醫(yī)學研究的疾病動物模型

2.遺傳學研究：基因定位

3.突變的免疫缺陷動物可用于腫瘤移植研究常見的突變等位基因符號：

Ca:白內障dw:侏儒癥

dy:肌失養(yǎng)癥hr:無毛鼠

nu:裸鼠rd:視網膜變性

ob:肥胖癥第38頁/共47頁

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，對試驗反應均一。具有雜交優(yōu)勢，生活力和抗病力比近交系強。具備雙親的生物學特性。由于基因互作，可產生不同于雙親的新性狀，第五節(jié)雜交群動物第39頁/共47頁F1代小鼠名稱交配親代名稱F1代小鼠名稱交配親代名稱AKD2F1BA2GF1BCF1BCBAF1BC3F1B6AF1B6D1F1CAF1CAKF1CBAAF1AKRXDBA/2C57BLXA2GC57BLXBALB/cC57BLXCBAC57BLXC3HC57BL/6XAC57BL/6XDBA/1BALB/cXABALB/cXAKRCBAXACBA-T6D2F1CB6F1CCBA-T6F1CC3F1CD2F1CBF1C3BF1C3D2F1129B6-dyF1CBA-T6XDBA/2BALB/cXC57BL/6BALB/cXCBA-T6BALB/cXC3HBALB/cXDBA/2BALB/cXC57BLC3HXC57BLC3HXDBA/2129XC57BL/6-dy國際上常用的雜交群小鼠組合第40頁/共47頁第六節(jié)遺傳學監(jiān)測為什么要進行遺傳監(jiān)測？基因突變和遺傳漂變殘留雜合基因的分離人為造成遺傳污染第41頁/共47頁

監(jiān)測目的近交系動物：保證近交系動物遺傳質量與標準一致，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：防止群體內個體之間發(fā)生近交，保持整個群體各位點的基因頻率穩(wěn)定在一定的范圍。第42頁/共47頁近交系動物遺傳質量監(jiān)測常用方法原理方法評價形態(tài)學1.下頜骨形態(tài)分析法較復雜，需要經過復雜計算，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雜，準確性較差免疫學1.同系異體植皮法簡單，有權威性，得到結果時間長2.H-2復合體監(jiān)測法較復雜，費用高，準確性較高3.混合淋巴細胞培養(yǎng)較復雜，費用高，需一定設備生物化學生化標記電泳法經濟、準確性高，普遍采用第43頁/共47頁近交系小鼠生化標記示意圖aaaabb–+Gpi-1（磷酸葡萄糖異構酶1）：Chr.7帶型：Gpi-1aBalb/cNGpi-1bC57BL/6Naaaabb–+Es-1（酯酶1）：Chr.8