第二章 实验动物质量的标准化(new)

第一节实验动物遗传学质量的标准化第二节实验动物微生物质量的标准化一、实验动物的遗传学分类二、近交系动物三、同源突变、同源导入和分离近交系动物四、重组近交系动物五、杂交F1代动物六、封闭群动物七、突变系动物八、遗传工程动物一、实验动物的遗传学分类⒈分类方法①根据基因纯合程度，将实验动物分为相同基因型和不同基因型两大类。相同基因型普通近交系重组近交系分离近交系同源导入近交系同源突变近交系杂交F1代单亲纯合二倍体等不同基因型指封闭群动物，包括远交种和突变种。②根据基因组成特点，将实验动物分近交系、突变系、杂交群（F1代）和封闭群4类。各种实验动物的关系如图实验动物相同基因型不同基因型特殊近交系普通近交系杂交F1代重组近交系分离近交系同源导入近交系同源突变近交系远交种突变种封闭群近交系突变系在动物分类学中，种是动物分类的基本单位，其定义为一群形态相似、能互相交配的自然群体，它们在生殖上与其他群体相隔离。而在实验动物分类系统中，品种、品系是基本分类单位。作为一个品种、品系，应具备以下条件。（1）相似的外貌特征：如体重、毛色等应相近或一致。C57BL/6小鼠毛色是黑色的，DBA/2小鼠的毛色是灰色的，昆明小鼠的毛色是白色的等。（2）独特的生物学特性：是一个实验动物品系、品种存在的基础。如高癌鼠、低癌鼠、糖尿病鼠、白血病鼠等。根据研究目的进行选择应用。⒉品种、品系的概念（3）稳定的遗传性能：近交系动物因为基因的高度纯合，人为选择不会改变其基因型，各品系的遗传特性可世代相传，个体遗传变异几率非常低。如DBA系已维持了70多年，C57BL系已维持了60多年，至今仍与原品系极相似。（4）同源性及可分辨性：任何品系、品种都可追溯到其共同的祖先，并由此分支经选育而成，有详细的资料可查。任何品系、品种都有一定的的遗传结构，如独特的生化标志基因等，通过检测方法，可以将外貌相似的两个品系动物分辨出来。通常称近交系动物为品系，称封闭群动物为品种。如C57BL/6小鼠是近交系动物中的一个品系，昆明小鼠是封闭群中的一个品种。二、近交系动物⒈基本概念①近交：即近亲繁殖，是指血缘关系极为相近的个体间或遗传组成极为相似的个体间进行的交配繁殖方式。近交方式：全同胞兄妹、父女、母子、堂兄妹。近交衰退：即近交后代出现生长、成活、生育、抗病、适应环境等方面的能力的减退。②近交系动物：我国制定的《哺乳类实验动物的遗传质量控制》国家标准规定：是指至少经过20以上连续全同胞或亲子交配，品系内所有个体都可追溯到其源于第20代或以后代鼠的一对共同祖先的动物群。近交动物的近交系数达98.6%,杂合基因小于1.4%。③亚系和支系：亚系是由一个近交系分离出来的具有各不相同特性的品系。育成的近交系可能由于突变和残余杂合基因而导致部分遗传组成的改变，从而形成亚系。支系是亚系内的小分类，一般是由一个亚系引到另一单位形成的新亚系，也可经人为技术处置（如代乳、胚胎移植、卵巢移植等）形成支系。⒉命名⑴近交系命名：①一般均用1~4个大写英文字母表示，如A、AE、BA、AKR、DBA、NZB等。②有些品系在两个英文字母间加入1~2个阿拉伯数字来表示，书写时与英文字母等大，如C3H、C57BL、C57BR等。③非正规的命名，如已广泛为国际所公认者，则保留沿用，如129、101、615等。④关系相近，同一来源的不同品系，其名称基本相似，差异部分用一个大写英文字母表示，如NZB、ZNO、ZNX、ZNW等。⑤近交代数的表示，一般在品系符号后括号内写上代数，在代数前加写F，如A(F78)等。⑥书写品系命名符号要完全，应使用公布的全称，不能随便缩写。⑵亚系命名：在原近交品系名称后甲一道斜线“/”，再在其后标上亚系的符号，符号分两类，一类是用研究者或研究机构名称的缩写字母表示，如A/He、A/Jax等。另一类是用阿拉伯数字表示，如C57BL/6J、DBA/1等。⑶支系命名：在原品系或亚系名称后加一斜线或双线，斜线后标上引种者缩写符号，如C57BL/6J/Lac，或简写C57BL/6Jlac、C57BL/6Lac。各类实验动物中已培育近交系的数目实验动物近交系数目小鼠300大鼠111地鼠35中国地鼠4豚鼠15兔12鸡40鱼9两栖类4常用小鼠品系名称缩写系名缩写AKRAKBALB/cCCBACBC3HC3C57BLBC57BL/6B6C57BRBRDBA/1D1DBA/2D2⒊近交系的特性①基因纯合性②同基因性③表现型的均一性④遗传稳定性⑤可分辨性⑥个体性（品系之间有区别）⑦分布的广泛性⑧背景资料可查性⒋近交系动物的优点及应用⑴优点①具有相同的基因型，表现型也一致，所以其反应也是一致的，试验结果正确、可靠；②各品系均有其独特的特性，根据实验目的可选用不同品系来做实验，试验重复性好，所用动物少，实验周期短，节省人力、物力和时间；③国际上分布广泛，不同国家的科研单位使用同一近交系动物所取得的结果是相似的，便于国内和国际间交流和重复实验；④可以作为有价值的病理学模型，是研究人类疾病的重要实验材料；⑤它是标准的实验材料，动物生长到一定时间就有一定的规格，便于选择应用；⑥有大量的历史资料可查，遗传背景明确，便于研究者查阅和选择应用。⑵应用近交系动物首先应用于遗传学研究，现已广泛应用于肿瘤研究，也广泛应用于基础和临床医学的各类实验研究。三、同源突变、同源导入和分离近交系动物同源突变近交系、同源导入近交系和分离近交系这三种近交品系都涉及到在近交系中对个别位点的基因进行控制的问题。基因是DNA分子上代表一个遗传功能单位的核苷酸特定序列，是能发生遗传重组的突变线性排列组成。在一个普通的近交系中，几乎所有基因位点上都带有相同的基因。如果两个近交系除了个别位点上携带不同的基因外，其它位点上的基因都一样，我们就称这两个近交系是同源的，即遗传上相同，而称个别不同的基因为差异基因。获得遗传上同源状态的近交动物有基因突变、基因导入和强制基因杂合三种方式。⒈同源突变近交系概念：指两个近交系除了一个指明位点等位基因不同外，其它遗传基因全部相同的品系。是某个近交系在某基因位点上发生突变而分离出来的近交系的亚系。它和原近交系的差异只是突变基因位点上带有不同基因，而其它位点上的基因完全相同。基因突变也称点突变，指染色体上一个位点内的遗传物质的改变，即DNA分子长链中碱基对的改变。同源突变近交系有别于通常所说近交系亚系分化，因为这里的突变相当明确的改变了原近交系的遗传组成，而且研究者更加注意了突变基因的研究。⒉同源导入近交系简称同源导入系，有时又译为基因导入系，是通过基因导入的方法将一个目的基因导入某个近交系的基因组内，而培养出来的新的近交系。为目的基因提供背景的近交系称为配系，提供目的基因的品系称为供系。配系必须是近交系，而供系可以是带有目的基因的任何一种基因类型的动物（如ABA为供系，B为配系）。在基因导入过程中，与目的基因紧密连锁的其它基因可能随目的基因一起导入到近交系的基因组中，这些随之带入的基因称为乘客基因（passengergene）。因此，同源导入近交系不仅是目的基因与原近交系不同，而且是带有目的基因的一小段染色体的不同。⒊分离近交系是在培育近交系的同时，采取一定的交配方法，迫使个别基因位点上的基因处于杂合状态。这样培育出来的近交系个别基因位点上的基因保持杂合状态，能分离出该基因位点上带有不同等位基因的两个近交系亚系。以上三种近交的遗传特征极为相似，尤其是同源突变近交系和分离近交系之间有时难以区分，只好用培育过程的不同加以区分。⒋命名⑴同源突变系的命名是在原品系（亚系）的名称后面加连字号和基因符号（所有的基因符号在印刷的文献中要斜体书写）。如：C57BL/6J-bg表示C57BL/6J携带bg基因。如果突变基因是以杂合状态保持，用“+”代表野生型基因，C57BL/6J-bg/+；如果是纯合子，可以写成C57BL/6J-bg/bg。⑵同源导入系的命名是在品系（亚系）的名称或缩写之后加上“．”和供体品系名称缩写，然后加连字号和目的基因符号。如B10.129-H-2b(C57BL缩写为B)表示以C57BL/10为遗传背景，携带来自129品系H-2b基因的同源导入近交系。必要时注明目的基因是纯合还是杂合。如果供体品系不是近交，就可以不加命名，如BALB/c-nu/+表示携带杂合nu基因的BALB/c品系，而nu基因来自非近交系。⑶分离近交系的命名：在品系名称后面加连字号和杂合基因符号，如：DW-dw/+表示DW品系在dw位点上是杂合的。⒌应用：①在同一遗传背景下比较某基因上不同位点的遗传效应；②在不同遗传背景中研究同一基因与遗传背景及其它基因的关系，消除杂合遗传基因对某些突变基因表达的影响，以获得更加稳定的实验动物模型；③对复杂的多基因性状进行遗传分析。四、重组近交系动物⒈基本概念：在两个近交系杂交生育F1代后，F1代互交生育F2代，从F2代中随机选择个体交配，连续进行20代以上的全同胞兄妹交配而育成的一个近交系称为重组近交系。为重组近交系提供亲代的两个近交系称为祖系。近交系近交系F1（互交）F2（连续20代近交）重组近交系重组近交系动物的特点：①重组近交系的遗传成分虽然限于两个亲代近交系，但并不均等；②重组近交系和普通近交系一样，具有高度的纯合性；③重组近交系由于各染色体上基因的自由组合和同一染色体上的基因的交换，而发生基因重组。⒉命名重组近交系的命名是在两个祖系名称缩写中间加上大写英文字母X。作母系的祖系名称放在前，作父系的祖系名称放在后。重组近交系祖系♀♂AKXDAKR/JDBR/2JAXBA/JC57BL/6JBXDC57BL/6JDAB/2JBXHC57BL/6JC3H/HeAKXLAKR/JC57L/JBXJC57BL/6JSJL/JBNXAKNC57BL/6NAKR/NBNXC3NC57BL/6NC3H/HeN常见小鼠重组近交系品系重组近交系在对祖系之间有差异的性状和基因的遗传分析中是非常有用的实验材料，尤其是针对因测试需要而使动物不能繁殖的性状，以及需要对多个个体进行平均估计的性状。虽然一个重组近交系系列都是独立的近交系，但是在遗传组成上和实际应用中，一个重组近交系系列是一个相互关联的整体。如果一个重组近交系系列品系数量较多的话，就可以同时进行下列分析。⑴分离分析：一个重组近交系系列可用于测试某个性状的遗传性和遗传规律。(2)连锁分析：重组近交系可用于对未知基因进行染色体定位，估计其与其他基因的连锁关系。(3)功能分析：重组近交系可用于分析单基因多效性或决定基因型和表型的关系。⒊应用五、杂交F1代动物⒈基本概念：是由两个不同的近交系有计划交配所获得的第一代动物，称为杂交一代动物，也称系统杂交动物，简称F1（Firstfilialgeneration）动物。其遗传组成均来自两个近交品系，属于遗传均一，基因型相同和表现型一致的动物。两个用于杂交生产杂种一代的近交系称为亲本品系(parentalstrain)，提供雌性的为母系(maternalstrain)，提供雄性的为父系(paternalstrain)。杂种一代的遗传组成均等的来自两个亲本品系，即每个基因位点上的两个等位基因分别来自母系和父系。如果亲本品系之间某个基因位点上的基因相同，则杂种一代在这个位点就为纯合基因；相反，如果不相同，则为杂合基因。尽管杂种一代携带许多杂合位点，但其个体在遗传上是一致的。⒉命名杂种F1代动物的命名习惯上是在括号内把亲代母系名称写在前边，以大写英文字母X连接，后边是亲代父系名称，再写上Fl，即为杂种Fl的命名。例如：（C57BL/6XDBA／2)F1表示用C57BL／6品系的雌种和DBA／2品系的雄种杂交后生育杂交F1代。也可将两个亲本的近交品系名称的缩写按雌雄的顺序写在一起再加“Fl”。例如：（C57BL/6XDBA／2)F1,也可简写成B6D2F1。当用两个近交系生产杂种一代时，可产生两种杂种一代，取决于母系或父系的不同。例如：用C57BL／6和DBA／2来生产杂种一代就有以下两种情况：C57BL／6♀XDBA／2♂DBA／2