實驗動物學第二章實驗動物的遺傳學控制

第二章試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)雜交群動物第五節(jié)試驗動物的遺傳學質(zhì)量監(jiān)測2023/10/91第一節(jié)概述一、試驗動物在動物分類學上的位置在分類學上，根據(jù)動物的解剖、外形、生理生化等相同程度，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2023/10/92常用哺乳類試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2023/10/93二、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。在一般情況下，同種動物能共同生活、交配、繁衍后裔，而異種動物之間存在生殖隔離，雖然相近種的動物交配產(chǎn)仔，其后裔也沒有繁殖能力。多種試驗動物雖然起源于其野生型祖先，但它們已經(jīng)經(jīng)過人工長久選擇、馴化與哺育，與其祖先有著極為明顯的差別，如試驗小鼠、大鼠等在遺傳概貌、生活習性等方面不同于其野生型。尤其是遺傳工程動物，能夠說在某種程度上是“人造動物”。2023/10/94品種（stock）：是種如下的非自然分類單位，由人工選擇和定向哺育出來的，具有某些生物學特征，能穩(wěn)定遺傳。品系（strain）：是試驗動物分類學上的專用名詞，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：獨特的生物學特征，相同的外貌特征，穩(wěn)定的遺傳特征。2023/10/95三、試驗動物按遺傳學控制的分類措施按遺傳學控制分類，可將試驗動物分為：近交系封閉群（遠交系）雜交群不同類別動物其交配和保種方式不同。2023/10/96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。從一種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代以上而哺育成的動物。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%，個體間差別極小，因而用于試驗反復性好，對多種刺激反應均一，試驗成果精確。2023/10/97近交系數(shù)：是指在近親交配情況下各代降低異質(zhì)基因/增長純合基因的百分數(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)：一種群體中個體之間基因構(gòu)成的相同程度用數(shù)值來表達。2023/10/98（二）近交系命名因為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)動物的起源、歷史和哺育經(jīng)過，以一系列字母和數(shù)字作為品系代碼（straincode）來表達。1.以一種或數(shù)個大寫英文字母表達，如A、DBA等。2.大寫英文字母加數(shù)字命名，如C57BL、C3H。3.用數(shù)字表達，如129、615等。有時還標注近交代數(shù)。一般在品系代碼后加括號，先寫“F”，后寫代數(shù)；如615(F25)表達615小鼠，近交代數(shù)為第25代。2023/10/99亞系（Substrain)：亞系的概念和形成原因近交系的亞系分化是指一種近交系內(nèi)各個分支的動物之間，已經(jīng)發(fā)覺或十分可能存在遺傳差別的現(xiàn)象。一般下述三種情況會發(fā)生亞系分化。在兄妹交配代數(shù)達40代此前形成的分支（即分支發(fā)生于F20至F40之間）；從共同祖先分開20代以上，因忽然變異和遺傳漂變造成品系內(nèi)遺傳分化；經(jīng)遺傳分析已發(fā)覺一種分支與其他分支存在遺傳差別。產(chǎn)生這種差別的原因可能是殘留雜合、突變或遺傳污染（geneticcontamination）（即一種近交系與非本品系動物之間雜交引起遺傳變化）。2023/10/910亞系命名：品系名稱后加斜線、數(shù)字和哺育者的縮寫。近交系、亞系綜合命名法實例：C57BL/6J：C代表ColdSpringHarborLaboratory(冷泉港試驗室)，57為第57號雌鼠，BL即Black(黑色)，6為亞系，J代表Jackson(杰克遜)試驗室。2023/10/911常用近交系縮寫符號品系全稱縮寫符號BALB/cCC57BLBC57BL/6B6C57BL/10B10C57BRBRC3HC3CBACBDBA/1D1DBA/2D2AKRAKRⅢR3HRS/JHR2023/10/912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代以上兄妹交配哺育成的近交系，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×近交系BF1代兄妹交配兄妹交配連續(xù)20代以上2023/10/913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種近交系進行屢次回交（一般回交2次），再經(jīng)不對特殊基因選擇的連續(xù)兄妹交配（一般不小于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×近交系BF1代×近交系A子代×近交系A兄妹交配大于14代2023/10/9143.同源突變近交系（coisogenicinbredstrain）指兩個近交系除了在一種擬定位點等位基因不同外，其他遺傳基因全部相同。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2023/10/9154.同源導入近交系（Congenicinbredstrain）是指經(jīng)過雜交-互交和回交的方式將個體的一種基因?qū)氲浇幌抵?，由此形成一種新的近交系。這個新的近交系與原來的近交系只是在一種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2023/10/916A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哺育同源導入近交系（isogenicresistantline）2023/10/917經(jīng)過雜交-互交和回交進行同源導入的方式應用舉例：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淋巴細胞聯(lián)合免疫缺陷、NK細胞活性低下、無循環(huán)補體、巨噬細胞和抗原提呈細胞功能損害等特征,近年已成為人類腫瘤移植瘤的最佳研究模型。

182023/10/9思索：在喂養(yǎng)繁殖中發(fā)覺一只無毛小鼠，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?，怎樣將此基因?qū)氲紺57BL/6J小鼠體內(nèi)？C57BL/6J無毛小鼠代次0123414+++-+-++52023/10/919近交系動物的哺育原始材料的選擇從野生動物中選擇從既有的多種近交系、封閉群、雜交群中選擇2023/10/920近交系小鼠的哺育示意圖雌雄一對，可以傳代。子代死胎、流產(chǎn)或不育，不能傳代。2023/10/921近交后引起的變化近交能夠降低基因的雜合性，增長純合性近交能夠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2023/10/922近交系保種和生產(chǎn)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(chǎn)群供實驗用2023/10/923近交系動物的特點1.基因的純合性（近交系動物的每個個體）2.遺傳構(gòu)成的同源性（一種近交系動物的全部個體）3.遺傳構(gòu)成的獨特征（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（全部近交系）6.體現(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2023/10/9241.對某一試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。近交系動物的缺陷2023/10/925近交系動物的應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、兔的品系極少。廣泛應用于遺傳學、免疫學和腫瘤學等研究領域。因為每個近交品系都具有獨特的生物學特征，個體基因型和體現(xiàn)型高度一致，因而試驗數(shù)據(jù)有著嚴格的品系專一性，所以在選擇品系時應選擇對試驗刺激敏感的品系。2023/10/926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(chǎn)的一種種群，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(nèi)無血緣關系的個體之間隨機交配所產(chǎn)生的后裔稱為遠交系。---從個體角度2023/10/927因為封閉群動物采用隨機非近親交配的方式，它的遺傳構(gòu)成比較接近于自然狀態(tài)下的動物群體構(gòu)造。在引種和喂養(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，造成該群體近交系數(shù)上升。國際試驗動物科學委員會要求封閉群動物每代近交系數(shù)增長不能超出1%，所以種群至少要達成25對(50只)以上。封閉群：小鼠：KM、ICR、NIH、Laca大鼠：SD（Sprague-Dawley）、Wistar2023/10/928封閉群的繁殖措施封閉群采用循環(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♀種鼠組合進行交配。交配組合圖如下所示：新♂♀ABCBCACABABCABC原種群新種群♂

♀2023/10/929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，易喂養(yǎng)、抗病力強、繁殖率高、產(chǎn)仔多2.對試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2.一般試驗研究3.廣泛用于預試驗和學生教學2023/10/930封閉群使用時的注意事項因為不同動物供給商建立的封閉群動物群之間可能存在細微的遺傳差別，這種差別可能會對試驗成果造成影響，所以提議在一種連續(xù)的藥理學、毒理學試驗中，應選用一家動物供給商提供的封閉群動物品種，而不要一種試驗選用這一家，另一種試驗選用另一家。KM和ICR的選擇KM是我國特有的封閉群品種，具有封閉群動物的全部優(yōu)點，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，比較適合手術或需要取材較多的試驗。2023/10/931封閉群：品系內(nèi)大部分等位基因處于雜合狀態(tài)，其群體基因構(gòu)成占種群基因庫的一部分。近交系：品系內(nèi)幾乎全部等位基因處于純合狀態(tài)，其群體基因構(gòu)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構(gòu)成的比較2023/10/932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于雜合狀態(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)2023/10/9332023/10/934封閉群的實驗數(shù)據(jù)：因為群體內(nèi)個體差異，表現(xiàn)為標準差大，但它反映了種屬對刺激的反應。近交系的實驗數(shù)據(jù)：因為群體內(nèi)個體差異極小，表現(xiàn)為標準差小，但同一刺激對不同近交系反應不同，有的高，有的低，它僅反映某個基因型對刺激的反應。封閉群與近交系實驗結(jié)果的比較示意圖封閉群近交系A近交系B正常組實驗組定義：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有關的近交系，它具有如下幾種特征：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。具有雙親的生物學特征。因為基因互作，可產(chǎn)生不同于雙親的新性狀。第四節(jié)雜交群動物2023/10/935國際上常用的雜交群小鼠組合2023/10/936第五節(jié)試驗動物的遺傳學質(zhì)量監(jiān)測為何要進行遺傳監(jiān)測？基因突變殘留雜合基因的分離人為造成遺傳污染2023/10/937監(jiān)測目的近交系動物：確保近交系動物遺傳質(zhì)量與原則一致，基因的高度純合。淘汰多種原因引起的遺傳變異的個體。突變系動物：預防突變基因在繁殖過程中丟失。封閉群動物：預防群體內(nèi)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。2023/10/938近交系動物遺傳質(zhì)量監(jiān)測常用措施原理方法評價形態(tài)學1.下頜骨形態(tài)分析法較復雜，需要經(jīng)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(quán)威性，得到結(jié)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(jīng)濟、準確性高，普遍采用2023/10/939近交系小鼠生化標識示意圖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經(jīng)過對多種生化標識位點的檢測可辨別不同的小鼠近交系2023/10/940符號染色體位置位點名稱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-1bbbabbabbbbGpi-17葡萄糖磷酸異構(gòu)酶-