小鼠遗传学及其分类命名PPT精品文档

1、1小鼠遗传学及分类命名小鼠遗传学及分类命名顾鹏宇2008-82 遗传学基础知识 实验小鼠起源 实验小鼠的分类及其命名 遗传监测 繁育体系3分子遗传学分子遗传学4编码特定蛋白产物的DNA序列基因可能存在可变形式，称为等位基因（allele）基因（基因（GENE）5homozygousheterozygoushemizygous等位基因等位基因(Alleles)野生型“wildtype” 在自然群体中往往有一种占多数的（因此常被视为正常的）等位基因6基因的命名基因的命名 没有特定的命名体系,因此比较混乱 通过基因功能命名 (通常为酶) Nos2, Sod1 通过基因产物的大小命名 p53, p21

2、 通过表型命名 Apc, Rb, Mom1 同物异名 当基因功能确定后命名常会发生改变 单个基因有多个功能时通常会有多个名字7基因型基因型/表型表型 基因型(Genotype)狭义 = 个体特定基因的等位基因组成情况广义 = 个体所有基因的整套等位基因(整个遗传背景或基因组)表型(Phenotype)狭义=因特定基因的等位基因组成而引起的个体特征广义=因个体的基因组组成而引起的一系列解剖,生理和行为学等特征8小鼠基因组学小鼠基因组学 人基因组 3 billion bp 小鼠基因组 3 billion bp 其它模式生物基因组大小 果蝇 140 million bp (21-fold less)

3、 线虫 97 million bp (31-fold less) 酵母 12 million bp (250-fold less) 细菌 (E. coli) 5 million bp (600-fold less)9小鼠基因组学小鼠基因组学 小鼠是研究人类基因功能最好的模式动物 C57BL/6, BALB/c, C3H 是历史上最常使用的小鼠 C57BL/6, 129, FVB最常使用的基因工程小鼠 可获取基因组序列的小鼠品系 C57BL/6 (NIH Mouse Sequencing Consortium) A/J2, DBA/2, 129X1/SvJ, 129S1/SvImJ (Celer

4、a Genomics) 10小鼠基因组学小鼠基因组学 小鼠基因组大概包含30,000 到 50,000 个不同基因 (2000 个每染色体) 至少 50% 与人类基因同源 (相似的序列和功能) 与人类基因同源的小鼠基因的命名 Nitric oxide synthase 2 Human gene = NOS2 (斜体, 全大写) Mouse gene = Nos2 (斜体, 首字母大写) Protein = NOS2 (正体,全大写)11小鼠功能基因组学小鼠功能基因组学 基因型驱动的或”正向”基因组学 引入突变 (遗产工程) 筛选表型改变 具有人为偏好的特点 表型驱动的或”反向”基因组学 随机突

5、变后观测表型改变或随机引入点突变 (by ENU)观测表型改变 找出表型相关基因位点 鉴定未知基因,基因功能 需要大量筛选工作12实验小鼠起源实验小鼠起源1314家鼠起源家鼠起源15M. musculus 各亚种的地理分布各亚种的地理分布16History of the Laboratory Mouse1100 BC- color-variant mice (China)1909- first inbred strain1929- The Jackson Laboratory1962- nude mouse1980- first transgenic mouse1989- first knoc

6、kout mouse1990s- conditional/inducible knockouts, knock-in, mouse genome project2002-RNA interference knockouts?17Jon A. Back et al. 2000 Nature Genetics, vol24, 23-2518同基因型不同基因型近交系 亚系F1杂合子同源突变近交系同源导入近交系 混合近交系重组近交系/重组同类系Consomic/ Conplastic strain远交系/封闭群根据遗传学分类小鼠品系分类小鼠品系分类19同基因型不同基因型近交系 亚系F1杂合子同源突变近

7、交系同源导入近交系 混合近交系重组近交系/重组同类系Consomic/ Conplastic strain远交系/封闭群根据遗传学分类小鼠品系分类小鼠品系分类20封闭群（远交群）Closed Colony or Outbred Stock 以非近亲交配方式进行繁殖生产的一个实验动物种群，在不从其外部引入新个体的条件下，至少连续繁殖4 代以上，封闭群亦称远交群。 Lab code: stock symble 例如：N: NIH 表示由美国国立卫生研究院（N）保持的NIH 封闭群小鼠。 Lac: LACA 表示由英国实验动物中心（Lac）保持的LACA封闭群小鼠。 某些命名较早，又广为人知的封闭群

8、动物，名称与上述规则不一致时，仍可沿用其原来的名称。如：Wistar大鼠封闭群，日本的ddy封闭群小鼠等。21同基因型不同基因型22近交的结果近交的结果2398.7 homozygosity24同基因型不同基因型近交系 亚系F1杂合子同源突变近交系同源导入近交系 混合近交系重组近交系/重组同类系Consomic/ Conplastic strain远交系/封闭群根据遗传学分类小鼠品系分类小鼠品系分类25 近交系：经至少连续20 代的全同胞兄妹交配培育而成，品系内所有个体都可追溯到起源于第20代或以后代数的一对共同祖先。 经连续20 代以上亲代与子代交配与全同胞兄妹交配有等同效果。近交系近交系

9、Inbred strain26近交系的命名近交系的命名 基于毛色DBA (Dilute Brown nonAgouti, first inbred mouse)基于起源NZW (New Zealand White)基于表型NOD (Non-Obese Diabetic)其它BALB/c, C57BL, 12927近交系的命名近交系的命名 1一般均用一个或几个大写英文字母表示，如A、AE、BA、AKR、DBA、NZB、STAR、NMRT、NYLR、NZBR等 2有些品系可在大写英文字母间加入一些阿拉拍数字来表示，如C3H、C57BL、C57BR、C57L、CC57W、CC57BR等 3非正规的命

10、名，如果已广泛为国际所共知者，则可保留沿用，如：“129”、“101”、“615”等28近交系代数近交系代数 近交代数表示，一般是在品系符号后括号里写上代数，并在代数前加写“F”（Filial的缩写），例如A（F78）。 C57BL/6J(F？+10 ) C57BL/6JNga(F73+26)29同基因型不同基因型近交系 亚系F1杂合子同源突变近交系同源导入近交系 混合近交系重组近交系/重组同类系Consomic/ Conplastic strain远交系/封闭群根据遗传学分类小鼠品系分类小鼠品系分类30亚系的形成亚系的形成 近交系的亚系分化是指一个近交系内各个分支的动物之间，已经发现或十分可

11、能存在遗传差异。通常下述三种情况会发生亚系分化。 a) 在兄妹交配代数达40 代以前形成的分支（即分支发生于F20到F40之间）； b) 一个分支与其他分支分开繁殖超过100 代； c) 已发现一个分支与其他分支存在遗传差异。产生这种差异的原因可能是残留杂合、突变或遗传污染（genetic contamination）（即一个近交系与非本品系动物之间杂交引起遗传改变）。 由于遗传污染形成的亚系，通常与原品系之间遗传差异较大，因此对这样形成的亚系应重新命名。例如由GLaxo保持的A近交系在发生遗传污染后，重新命名为A2G。31亚系的命名亚系的命名 C57BL/6,C57BL/10 C57BL/6

12、J,C57BL/6N 例外BALB/c、C57BR/cd32亚系的命名亚系的命名更复杂的亚系命名是通过把实验室代码按顺序写出,不添加斜杠BALB/cByJ, BALB/cAnN, BALB/cJC57BL = parent strain designation 6JOlaHsdEi = substrain designation 6 = line number J = laboratory code Ola = laboratory code Hsd = laboratory code Ei = Laboratory codeC57BL/6JOlaHsdEi33实验室代码实验室代码 由 Ins

13、titute for Laboratory Animal Research (ILAR) 来管理实验室代码 International Laboratory Code Registry (Lab Codes). 环境因素会影响一个品系的特征,所以标明一个品系是从哪来的是很重要的. /ilar/codes.asp?id=codes J：The Jackson Laboratory N：National Insititutes of Health Crl：The Charles River Laboratory Rik：The Institute of Phys

14、ical and Chemical Research (RIKEN)34Reference: Specht CG, Schoepfer R. Deletion of the alpha-synuclein locus in a subpopulation of C57BL/6J inbred mice, BMC Neuroscience 2001: 2: 11.亚系提供单位基因型表型C57BL/6JOlaHsdHarlan, Bicester, UKdeletion of the alpha-synuclein (Snca)locusImplicated in the aetiology of

15、 Parkinson and Alzheimer diseasesC57BL/6JThe Jackson LaboratoryLocus intactNormalC57BL/6NCharles River, Margate, UKLocus intactNormal近交系亚系之间的差异近交系亚系之间的差异35BALB/c的家谱1932, Snell(added the /c), University of Texas?,NCI, Amsterdam1935, F?, Andervont(An), NIH1967, F99, Bailey(By), JAXBALB/cAJcl1951, F72,

16、 NIHBALB/cAnN1975, F136, JAXBALB/cByJ1935, F26, Snell moved to JAX1961, Bailey, NIH1923, Little & MacDowell, start inbreeding1927, F12, Muller, University of Texas1913, Halsey J. Bagg albino1973, CIEA, Japan1989, CLEA, Japan免疫反应最强36BALB/c亚系的差异SubstrainAnimal ProviderGenotypePhenotypeBALB/cByJThe

17、 Jackson LaboratoryA 278bps deletion of the acyl-Coenzyme A dehydrogenase, short chain, (Acads )locussevere organic aciduria hypoglycemia and elevated urinary and muscle butyrylcarnitine concentrations (after 18hrs fasting) BALB/cAnNThe NIHLocus intactNormalBALB/cAJclCLEA, JapanLocus intactNormalRef

18、erence: Armstrong DL; Masiowski ML; Wood PA, Pathologic characterization of short-chain acyl-CoA dehydrogenase deficiency in BALB/cByJ mice., Am J Med Genet 1993 ;47(6):884-92 37同基因型不同基因型近交系 亚系F1杂合子同源突变近交系同源导入近交系 混合近交系重组近交系/重组同类系Consomic/ Conplastic strain远交系/封闭群根据遗传学分类小鼠品系分类小鼠品系分类38F1杂合子杂合子(F1 Hybr

19、ids) 定义:两个不同近交系交配后生产的第一代 优点:基因型和表型一致;杂交优势;可以接受来自双亲品系的器官移植 缺点:不能自我维持品系延续39F1 杂合子的命名杂合子的命名用交配的两个近交系的缩写,先雌鼠后雄鼠再跟一个F1B6CBF140杂合子命名中使用的标准缩写杂合子命名中使用的标准缩写缩写缩写品系品系缩写缩写 品系品系129P129P3/JLC57L/J129S129S1/SvImJCBACaCBA/CaGnLeAHeA/HeJCBCBAAA/JC3C3H/HeJAKAKR/JC3FeC3HeB/FeJCByBALB/cByJD1DBA/1JCBALB/cJD2DBA/2JBC57BL

20、NZBNZB/BlNJB6C57BL/6JNZWNZW/LacJB10C57BL/10JSJL or JSJL/JBRC57BR/cdJSWSWR/J41品系缩写品系缩写 C57这个缩写可意味着七、八个特征不同的品系（如C57BL及其亚系6个，C57BR/cdJ,C57L）。 C57BL就包括有几个特征不同的亚系（如C57BL/1，C57B/6J、C57BL/6N、C57BL/10J等）。 只写CBA亦为不确切的书写法，因为它也有若干个特性不同的亚系，如CBA/J是有视网膜退变基因的，而CBA/ca则没有这种基因，两者对放射线的敏感性也不一样，组织相容性也不同，至少有5个位点不同的； 42同基

21、因型不同基因型近交系 亚系F1杂合子同源突变近交系同源导入近交系 混合近交系重组近交系/重组同类系Consomic/ Conplastic strain远交系/封闭群根据遗传学分类小鼠品系分类小鼠品系分类43 同源突变近交系：两个近交系，除了在一个指明位点等位基因不同外，其他遗传基因全部相同，简称同源突变系。 同源突变系一般皆由近交系发生基因突变而形成。同源突变近交系同源突变近交系 Coisogenic Inbred Strain44同源突变近交系同源突变近交系命名命名 由发生突变的近交系名称后加突变基因符号（用英文斜体印刷体）组成，二者之间以连接号分开，如：BALB/cJ-nu。 当突变基因

22、必须以杂合予形式保持时，用+号代表野生型基因，如：A/Fa-+/c.。45Inbred miceGreat job!46小鼠基因工程小鼠基因工程47种植前小鼠胚胎发育种植前小鼠胚胎发育FertilizationActivation of embryonic genomeCompactionE0.5E2.5E3.5E1.548转基因小鼠的制作转基因小鼠的制作0.5天受精卵DNArecover原核融合移植到假孕鼠输卵管首建鼠 founder检测表型49转基因小鼠制备时间表转基因小鼠制备时间表DNA纯化1天原核注射2天小仔出生3周断奶，编号，剪尾 34周提尾巴gDNA2天Founder鉴定1天总计2

23、2.5月50ES细胞基因打靶细胞基因打靶Analyze offspringfor phenotypeelectroporateselectionanalyzecoloniestest forgermlinetransmissionmakechimerascrossheterozygotestest offspringfor chimerismimplantP 1251嵌合鼠的制作嵌合鼠的制作BlastocystInjectionAggregationFlush embryosUterusE3.5OviductE2.5BlastocystMorulaRecover 1-2 hoursRemove

24、 zona pellucidaDarning needleaggregationculture overnightimplant into pseudopregnantsurrogate motherES cells52基因打靶小鼠制备时间基因打靶小鼠制备时间表表索取BAC质粒1月载体构建2-3月细胞培养电转筛选 6-10周囊胚注射2周验证种质细胞传递 12-14周总计10月53转基因动物命名转基因动物命名 符号：一个转基因符号由以下三部分组成，均以罗马字体表示：C57BL/6J-TgN(CD8Ge)23Jwg转基因方式TgN:非同源插入TgH:同源重组TgR:逆转录病毒载体感染的插入插入片段

25、实验室指定序号实验室注册代码品系An 匿名序列Ge 基因组Im 插入突变Nc 非编码序列Rp 报告基因Sn 合成序列Et 增强子捕获装置Pt 启动子捕获装置XXX/YYY：fusion genesXXX,YYY：double transgenes54打靶突变小鼠命名打靶突变小鼠命名 129X1-Cftrtm1Uncthe first targeted mutation of the cystic fibrosis transmembrane regulator (Cftr) gene at 129X1produced at the University of North Carolina 12

26、9X1-En1tm1(Otx2)Wrstthe coding region of En1 was replaced by the Otx2 gene, originating from the W. Wurst laboratory55The 129 Strains Most ES cell lines derived from 129 strains Lots of genetic variability among 129 substrainsuSimpson et al. 1997 Nature Genetics 16:19-27uThreadgill et al. 1997 Mamma

27、lian Genome 8:390-393 Important to match 129 strains in targeted mutagenesisuDNA uES cell linesuCrossing chimera to generate pure 129 strainB6129PF2/J multiple coat colorssegregating for Aw, a, p and Tyrc-chChanged nomenclature from 129 substrains to different 129 parental strainsParental Steel Tera

28、tomaReference:/html/nomenclature/nomen_129.shtml56129小鼠的命名及ES细胞系的起源AbbreviatesFull designationFormer designationES Cell Line129P1129P1/ReJ129/ReJ129P2129P2/OlaHsd129/OlaHsdE14TG2aHM-1(Hprtb-m1)129P3129P3/J129/J129X1129X1/SvJ129/SvJRW-4PJ1-5129S1129S1/Sv-+p+Tyr-cKitlSl-J/+129/Sv-

29、+p+Tyr-c+MgfSl-J/+W9.5 (+Kitl-SlJ)CJ7 (+Kitl-SlJ)129S1129S1/SvImJ129S3/SvImJ (formerly 129/SvImJ, 129/Sv-+p+Tyr-c+Mgf-Sl/J)R1 (+Kitl-SlJ)129S2129S2/SvPas129/SvPasD3129S4129S4/SvJae129/SvJaeJ1129S6129S6/SvEvTac129/SvEvTacTC1W4129S7129S7/SvEvBrd-Hprtb-m2129/SvEvBrd-Hprtb-m2AB1(+Hprt-bm2)AB2.1(+Hprt-bm

30、2)129T1129T1/Sv-+p Tyrc-ch Ter/+Na129/Sv-+p Tyrc-ch Ter/+NaJAX Bulletn, No1, 1999 JAX Notes, No 481, 200157Nature Genet. 16, 19-2758转基因鼠转基因鼠/KO鼠的回交鼠的回交N10F2059同基因型不同基因型近交系 亚系F1杂合子同源突变近交系同源导入近交系 混合近交系重组近交系/重组同类系Consomic/ Conplastic strain远交系/封闭群根据遗传学分类小鼠品系分类小鼠品系分类60同源导入近交系（同类近交系）同源导入近交系（同类近交系） Congen

31、ic Inbred Strain 通过杂交-互交（cross-intercross）或回交（backcross）等方式将一个基因导入到近交系中，由此形成的一个新的近交系与原来的近交系只是在一个很小的染色体片段上的基因不同，称为同源导入近交系（同类近交系），简称同源导入系（同类系）。61同源导入近交系的命名同源导入近交系的命名 同源导入系名称由以下三部分组成： a) 接受导入基因的近交系名称； b) 提供导入基因的近交系的缩写名称，并与a项之间用英文句号分开； c) 导入基因的符号（用英文斜体），与b 项之间以连字符分开。 例如：B10.129-H-12b 表示该同源导入近交系的遗传背景为C57

32、BL/10sn(=B10)，导入B10的基因为H-12b，基因提供者为129近交系。 如果供体品系非近交系或是混合的或是未知的需要加Cg符号.如B6.Cg-Tcrbtm1Mom62同基因型不同基因型近交系 亚系F1杂合子同源突变近交系同源导入近交系 混合近交系重组近交系/重组同类系Consomic/ Conplastic strain远交系/封闭群根据遗传学分类小鼠品系分类小鼠品系分类63混合近交系混合近交系Mixed Inbred Strains 来自于2个亲代品系(其中1个可以是ES细胞系),还未达到近交系状态(即未F 20). 命名:两个品系的大写缩写之间用分号(;)隔开B6;129P2

33、-Tcrbtm1MomA mixed strain derived from C57BL/6J and a 129 ES cell line carrying a targeted knockout of the Tcrb gene64混合近交系混合近交系Mixed Inbred Strains 来自于2个以上亲代品系(其中1个可以是ES细胞系)或背景未知,还未达到近交系状态(即未F 20). 命名:STOCK符号后空一格,加上突变的基因名称或染色体的异常标记STOCK Rb(16.17)5Bnr 3uhAn strain of unknown or complex background ca

34、rrying the Robertsonian translocation Rb(16.17)5BnrSTOCK Hdhtm2MemAn strain of unknown or complex background carrying Hdh targeted mutation65MARC现有品系举例66同基因型不同基因型近交系 亚系F1杂合子同源突变近交系同源导入近交系 混合近交系重组近交系/重组同类系Consomic/ Conplastic strain远交系/封闭群根据遗传学分类小鼠品系分类小鼠品系分类67重组近交系（Recombinant Inbred Strain）和重组同类系（Re

35、combinant Congenic Strain） a) 重组近交系（RI）：由两个近交系杂交后，经连续20 代以上兄妹交配育成的近交系。 b) 重组同类系（RC）：由两个近交系杂交后，子代与两个亲代近交系中的一个近交系进行数次回次（通常回交2 次），再经无对特殊基因选择的近亲交配而育成的近交系。 重组近交系（RI） 命名：由BALB/c与C57BL两个近交系杂交育成的一组重组近交系，分别命名为CXB1、CXB2 由两个亲代近交系的缩写的缩写名称中间加小写英文字母c命名，用其中做回交的亲代近交系（称受体近交系）在前，供体近交系在后。由相同双亲育成的一组重组同类系阿拉拍数字予以区分。如CcS1

36、，表示由以BALB/c(C)为亲代受体近亲系，以STS（S）品系为供体近交系，经2 代回交育成的编号为1的重组同类系。6869同基因型不同基因型近交系 亚系F1杂合子同源突变近交系同源导入近交系 混合近交系重组近交系/重组同类系Consomic/ Conplastic strain远交系/封闭群根据遗传学分类小鼠品系分类小鼠品系分类70定义定义:通过不断的回交将一整条染色体替换到一个近交品系里,又叫染色体替换品系(chromosome substitution strains)命名命名:HOST STRAIN-Chr #DONOR STRAINConsomic StrainsC56BL/6J-

37、Chr 19AA strain Chromosome 19 has been backcrossed onto C57BL/6JIn JAX,there are 20 C57BL/6 consomic strains that been backcrossed for 20 individual chromosome from A strains7172Conplastic Strains定义定义:一个品系的核基因组与另一个品系的胞浆相配合,在不断的回交过程中,线粒体只来源于雌鼠品系命名命名:NUCLEAR GENOME-mt CYTOPLASMIC GENOMEC57BL/6J-mt BAL

38、B/cA strain with the nuclear genome of C57BL/6J and the cytoplasmic (mitochondrial) genome of BALB/c73Rules for Nomenclature of Genes, Genetic Markers, Alleles, and Mutations in Mouse and Rat For mouse: International Committee on Standardized Genetic Nomenclature for Micermatics.jax.or

39、g/mgihome/nomen/gene.shtml#genenom For rat: Rat Genome and Nomenclature Committee/nomen_rules.html 74Mouse Genome Informatics (MGI)/The Jackson Laboratory/75遗传监测遗传监测76遗传监测遗传监测 传统方法传统方法 生化同功酶分析 主要组织相容复合体 (MHC) serology for MHC antigen

40、s tail allograft transplants 下颌骨测量 分子方法分子方法 (“DNA fingerprinting”) simple sequence length polymorphisms (SSLP) microsatellite DNA restriction fragment length polymorphisms (RFLP) minisatellite DNA PCR genotyping for specific gene mutations77PCRPCR技术的原理技术的原理 1.变性：在加热或碱性条件下可使DNA双螺旋的氢键断裂，形成单链DNA，称之为变性。

41、 2.退火：是模板与引物的复性。引物是与模板某区序列互补的一小段DNA片段。 3.延伸：从结合在特定DNA模板上的引物为出发点，将四种脱氧核苷酸以碱基配对形式按53的方向沿着模板顺序合成新的DNA链。7879Mouse MIT microsatellite list80DNA 琼脂糖电泳琼脂糖电泳 印迹转移印迹转移 预杂交预杂交 杂交（变性探针）杂交（变性探针） 洗膜洗膜 放射自显影或显色放射自显影或显色Southern Blot81小鼠毛色遗传学小鼠毛色遗传学 4 种基因 (ABCD) 主要负责毛色表型 A = agouti (+) a = non-agouti (a) B = black (+) b = brown(Tyrp1b) C = color (+) c = albino (Tyrc) D = non-dilute (+) d = dilute (Myo5ad)82BALB/c Coat Color GeneticsA = Agoutib = Brownc = Albino (dominant to other genes)D = non-dilute83C3H Coat Color GeneticsA = Agouti (when C allele fixed, A is dominant to B)B = BlackC = ColorD = Non