近交系动物

第二章实验动物的遗传学控制实验动物遗传学质量控制是实验动物标准化的主要内容之一。从遗传学角度讲，实验动物是具有明确遗传背景并受严格遗传控制的遗传限定动物。根据其遗传特点不同，实验动物分为近交系、封闭群（远交群）和杂交一代动物。分述于后。第一节实验动物的遗传学分类一、实验动物品种、品系的概念一切动物的分类都离不开传统的生物学分类法则。每一种实验动物都可以在传统分类法中找到自己的位置。如：小鼠属于脊椎动物门，哺乳纲、啮齿目、鼠科小鼠属动物。在动物分类学中，“种“（spcies)是动物分类的基本单位。而实验动物学品种(stock)、品系(strain)的概念超出了一般动物学分类的概念，把同一种动物中具有不同遗传特性的动物分成不同的品种、品系，它们各自有其品种品系的特征。品种、品系才是实验动物分类的基本单位。实验动物品种品系应具备的四个基本条件：1、相似的外貌特征；2、独特的生物学特性；3、稳定的遗传性能；4、具有共同的遗传来源和一定的遗传结构。实验动物按遗传学控制分类一、近交系动物（Inbredstrains)1、同源突变近交系2、同源导入近交系3、分离近交系4、重组近交系二、杂交F1代动物(F1--Hybrid)三、封闭群动物(Closed--colony)第二节近交系动物的特点及应用一、基本概念1、近交系：近交系动物也叫纯系动物，是相同基因类型动物中最主要的一种。它是经连续20代以上的全同胞兄妹或亲子交配培育而成，且品系内所有个体都可追溯到起源于20代或以后的一对共同祖先的遗传群体。近交指任何血缘相近的个体间进行的交配。从遗传上来说，近交系的培育是从群体多态杂合的遗传组成中，选择保留一小部分，淘汰其它大部分的一个过程。经过20代近交后，近交系的个体有98.6%的遗传位点是纯合的，因此个体间的遗传差异很小。然而，不同近交系之间由于近交而固定的基因不同，遗传差异很大。近交系数：指群体中某个体通过遗传，携带两个同源等位基因（即源于同一祖先的基因）的概率。实验中发现小鼠全同胞兄妹近交过程的前四代中，其近交系数上升率分别为28%、17%20%和19%，以后每代恒定为19.1%。近交系的主要缺点在于近交形成的近交衰退现象，表现在其生活力和生育力降低，对外界环境的变化较为敏感，抗病和适应环境等能力减退。这就增加了近交系动物饲养繁殖的难度。2、亚系和支系亚系（Substrain)。是指育成的近交系在培育过程中，由于杂合子基因的分离，基因突变的产生以及抽样误差导致部分遗传组成改变而形成遗传差异的近交系动物群。亚系分化存在以下几种情况：（1）同一近交系在兄妹交配40代以前分离，很可能由于残余杂合性而导致形成亚系。（2）同一近交系长年处于分离状态（100代以上），可能由于突变形成亚系（3）已发现有遗传差异的品系。当饲养环境改变，或对动物进行某些技术性处理时，也有可能对近交系的某些生物学特征产生影响，这些特征可能是遗传性的，也可能是非遗传性的。如：代乳、受精卵或胚胎移植、卵巢移植、冷冻保存和人工哺乳等。这些处理在某些实验中会影响实验结果，因此有必要对同一品系或亚系进行区分，这些经过处理的动物可视为这些近交系或亚系的支系。近交系动物由于基因纯合程度高，遗传具有长期的稳定性，不容易发生杂合基因分离，不受近交、选择和遗传漂变的影响。近交系动物遗传的变化由少量残留杂合基因与基因突变引起，这种几率是很低的。如果发生遗传污染，近交系动物可能就此彻底改变其遗传组成。所以，一旦发生遗传污染就要根据具体情况或给予坚决淘汰或有价值保留后重新建立近交品系。二、命名：近交系动物的命名，尤其是近交系小鼠的命名已由国际统一规定，由国际实验动物科学委员会（ICLAS）的小鼠标准化遗传命名委员会制定了命名法，并由该组织对各国培育的新品系作鉴定和认可。对承认的近交系四年公布一次，其中包括各个品系的历史、来源、独特的生物学特性等介绍，以及培育者的人名、单位名的规定写法和遗传背景，基因组成、缩写符号及标准命名等。这些资料供全世界参考，在进行新的命名时可避免重复及混乱。近交系动物国际命名法是近交系动物命名的基本参照，循仿小鼠命名法，类似的近交系命名规则已在许多其它动物中应用。近交系、亚系和支系的命名在国际上一般按以下原则进行：1、近交系可用1--4个大写罗马字母或者大写英文字母为首，以数字相结合加以命名。在品系符号后的括号内，用大写英文字母F（Filial的缩写）加上数字指示兄妹交配的代数。例如：NBZ（F95）；C3H（F130）。2、亚系的命名是在品系名称后加斜线号，再加上数字或培育者与培育单位名称缩写，或者以数字开头与缩写同时使用。例如：A/He（F95）是指近交到95代由Heston培育的A品系的亚系；C57BL/6J（F118）是指近交到118代由JacksonLaboratory培育的6J亚系。3、亚群（支系）的命名是在品系（亚系）的名称后加双斜线号，再加上保持者名称的缩写。例如：C57BL/6J//Lac指由英国实验动物中心（Lac)维持的C57BL/6J品系的亚群。某些技术上的处理，则应该用小写英文字母作为相应的符号加以注明。例如：C3HfC57BL表示由C57BL品系代乳的C3H品系，通常也可缩写为C3HfB6。乳母代乳Fosternursing,f人工喂养Hand-rearing,h受精卵或胚胎移植Eggorembryotransfer,e卵巢移植Ovarytransplant,o人工代乳Fosteronhand-rearing,fh冷冻保存Freezepreservation,p5、如果已知某品系携带（或经人工接种）或者经净化去除某种垂直感染的病毒，在必要情况下可予以指明，在品系名称后加连字号，再加大写病毒符号，再加“+”或“--”符号。例如：C3H/He--MTV+,C3H/He--MTV--,分别表示有或无乳腺肿瘤病毒（mammarytumourvirus,MTV)常见近交品系名称通常在文献中都使用缩写，而培育单位和培育人的符号常用代号。我们要能够看懂近交系命名中的符号，必要时可在有关资料中查找。这样，才能在看似复杂的一些近交系动物综合表示法中加以分析，并通过近交系动物的命名法，清楚地知道这些近交系动物的来源、历史和培育经过。三、近交系的特征和应用（一）特征1、纯和性（homozygosity)通过连续20代以上的近亲繁殖，在一个近交系内所有动物的所有基因位点都应该是纯合的，基因是一致的，遗传组成是相同的。这样的个体与该品系中任何一个动物交配所产生的后代也应是纯合子，在这些动物中没有暗藏的隐性基因。2、同基因性（isogenicity)指一个近交品系中所有个体在遗传上是同源的，即在同一品系内具有基本完全相同的遗传组成。所以，在同一品系内的动物个体间进行皮肤和肿瘤移植不被当做异己而被排斥。当应用生化或免疫学的方法检测个体在各条染色体上的基因标记，可以看到同一品系内不同个体间的基因型完全一致。3、均一性（uniformity)由于近交系的动物是相同基因型的动物，同一品系内的表型也是一致的，即任何可遗传的生物学特征完全一致。例如：血型、组织型、生化同功酶以及形态学上的特征，甚至行为的类型也趋于一致。同一近交系不同个体之间基本不存在质的差别，所以对与之有关的实验处理有均一性极高的反应性4、长期的遗传稳定性（longtermgeneticstability)由于近亲繁殖增加了在特定部位纯合子相互配合的可能性，因而减少了遗传变异，使基因型可长期处于稳定状态，人为选择不会改变其基因型，个体遗传仅发生在少量残留杂合基因或基因突变上，而这种机率非常低。在品系确定为近交系后，坚持近交，辅以遗传检测，及时发现和清除遗传变异的动物，近交系的遗传特性可世代相传。5、可分辩性（identification)每个近交系都有各自特有的标准遗传概貌，包括毛色基因、生化基因和免疫学性状基因等。掌握了遗传检测方法，就可轻而易举地将混合在一起的两个貌似近似的近交系分辨开来。定期对近交系动物进行遗传监测，可以识别各个近交品系动物是否可靠。6、个体性（individuality)经过近交培育过程之后，每一个品系从物种的整个基因库中只能获得极少部分基因，这些基因的组合构成了品系的遗传组成。因此，各个品系具有独自的遗传组成和独自的生物学特性。这些遗传和表型的独特性使各个近交品系之间的差异相当大。目前国际上公认的500多个近交品系小鼠之间，均各有明显的区别，有其不同的反应性和敏感性。7、国际分布性(internationaldistribution）近交系动物个体具备一个品系的全能性，任何个体均可携带该品系全部基因库，引种非常方便，仅需2至2对动物即可。目前许多近交系在国际上广泛分布，从而有可能在世界各国之间进行比较研究，这从理论上意味着不同地区、不同国家的科学家有可能去重复和验证已取得的结果和数据。8、背景资料（backgrounddata)近交系动物由于在培育和保种的过程中都有详细记录，加之这些动物分布广泛，经常使用，已有相当数量的文献记载着各个品系的生物学特性,另外对任何近交系的每一项研究又增加了该品系的研究应用履历档案，这些基本数据对于设计新的实验和解释实验结果提供了有价值的参考信息。二、应用由于近交系动物具有诸多的优点，目前已得到越来越广泛的应用。特别是在生理学、药理学、毒理学、微生物学、免疫学、肿瘤学、遗传学、实验动物行为学等学科，使用近交系动物所作论文比例增加很快。近交系动物的使用极大地提高了科学实验的正确性和重复性。1、与远交种（封闭群）相比，近交系动物个体间极为一致，对实验反应一致，可以消除杂合遗传背景对实验结果的影响，因此在实验中，实验组和对照组都只需要少量的动物。2、在某些涉及组织细胞或肿瘤移植的实验中，个体之间组织相容性一致与否，是实验成败的关键。这样，近交系动物就成为必不可少的实验动物。3、由于近交，隐性基因纯和性状得以暴露，可以获得大量先天性畸形与先天性疾病的动物模型，如糖尿病、高血压等。这些近交系动物家系清楚，取材方便，是进行基因连锁分析、比较遗传学、生理学和胚胎生物学研究的理想实验动物。某些近交系具有一定的自发和诱发肿瘤发生率，并可以使许多肿瘤细胞株在活体动物上传代，这些品系成为肿瘤病因学、肿瘤药理学研究的重要模型。4、多个近交系同时使用可使研究者分析不同遗传组成对某项实验的影响，或观察实验结果是否具有普遍意义。第三节杂交一代动物一、基本概念杂交一代动物又叫杂交F1代动物，是由两个近交系杂交生育的第一代动物，其遗传组成均等地来自两个近交系，属于遗传均一并具有表现型相同的动物，是医学生物学研究中所使用的相同基因型动物的一种。杂交F1代动物不是一个品种或品系，因为它不具有育种功能，不能自群繁殖出与杂交F1代相同基因型的动物。两个用于生产杂交F1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)。杂交F1代的遗传组成均等地来自两个亲本品系，即每个基因位点上的两个等位基因分别来自母系或者父系。可能是纯和基因也可能是杂合基因。三、应用：1、在同一遗传背景下比较基因位点上不同等位基因的遗传效应。2、在不同的遗传背景中研究同一基因与遗传背景及其它基因的关系。3、消除杂合遗传背景对某些突变基因表达的影响，以获得更为稳定的实验动物模型。4、对复杂的多基因性状进行遗传分析。所以，杂交F1代动物虽然基因型是杂合的，但个体间的遗传型与表现型都是一致的，符合实验动物有明确遗传背景的基本要求，在实验研究中应用时能获得一致的、可重复的、正确的实验结果。二、命名杂交F1代动物的命名方法主要是标明杂交F1代亲本的品系名称与性别。习惯写法是把亲代母系符号写在前面，以“”相连接，后面是亲代父系，后面写上F1，即为杂交F1代的命名。例如：C57BL/6DBA/2简写为B6D2F1三、特性与应用1、遗传和表型上的一致性杂交