第二章 实验动物质量的标准化

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第一节实验动物遗传学质量的标准化一、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。

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♀XC57BL／6♂

B6D2F1D2B6F1

这两种杂种一代的区别在于：①Y染色体。如：B6D2F1的雄性携带来自DBA/2的Y染色体，而D2B6F1的雄性携带来自C57BL／6的Y染色体。②母性因素(包括细胞质成分、子宫环境和母乳)。如：B6D2F1是从C57BL／6接受母性因素，而D2B6F1从DBA/2接受母性因素。⒊特性及应用

杂种一代有许多优点，在某些方面比近交系更适用于研究。⑴遗传和表现型上的一致性：就某些生物学特性而言，杂种一代比近交系动物具有更高的一致性，不容易受环境因素变化的影响，广泛地适用于营养、药物、病原和激素的生物评价。⑵杂交优势：

杂种一代具有较强的生命力，对疾病的抵抗力强，寿命较长，容易饲养，在很大程度上克服了近交衰退现象，适用于携带保存某些有害基因和长时间的慢性致死实验，也可作为代乳动物以及卵、胚胎和卵巢移植的受体。

⑶具有同基因型：杂种F1代虽然具有杂合的遗传组成，但其可接受不同个体乃至接受两个亲本品系的细胞、组织、器官和肿瘤的移植，适用于免疫学和发育生物学等研究领域。

⑷作为某些疾病研究的模型：例如：(NZBXNZW)F1是自身免疫缺陷的模型，(C3HXI)F1是肥胖病和糖尿病的模型。（5）可用于干细胞研究、移植免疫研究、细胞动力学研究、单克隆抗体研究等。（6）国际上广泛分布：已广泛用于各种实验研究，实验结果便于在国际间进行重复和交流。F1动物由于对各种实验结果重复性好，国际上分布广泛，一些发达国家在过去对微生物还没有普遍取得人工控制时期，是优先发展F1动物。常用的F1动物六、封闭群动物⒈基本概念：

不以近交形式进行交配，也不引入任何外来血缘，在封闭条件下交配繁殖，从而保持群体的一般遗传特性，又具有杂合性，称为封闭群（Closedcolony），也称远交系（群）。我国制定的标准作如下定义：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，称为一个封闭群，或叫远交群。

不同基因型的动物以封闭群动物为代表，又可分为远交种和突变种两类。远交种又称非近交系，是一个长时期与外界隔离，雌雄个体之间能够随机交配的动物群，其遗传组成比较接近于自然状态下的动物群结构。突变种是指携带个别突变基因的封闭群。这些突变可能是以纯合或杂合的形式存在于群体之中。培育者除了考虑封闭群的遗传组成之外，更加注意研究突变基因在封闭群中的保存和遗传规律，以及其应用价值。

⒉命名

远交种除了一些由于历史原因已广泛使用的名称之外，如：Wistar大鼠，一般用2～4个大写英文字母进行命名，如：NIH（美国国立卫生研究院缩写）小鼠。在大写字母之前加上由1个大写字母和1～3个小写字母构成的培育者或保持者的符号，并且与品种名称用冒号隔开，如：N：NIH是由美国国立卫生研究院保存的NIH小鼠，Han：NMRI是由德国实验动物繁育中心研究所保存的小鼠。常见的远交种有：NIH小鼠、ICR小鼠、昆明（KM）小鼠、Wistar（惠斯特）大鼠、SD(Sprague-Dawley)大鼠、DunkinHarley（顿金哈莱）豚鼠、日本大耳白兔、中国本兔、NewZealand兔等。

突变种的命名是在远交种命名的基础上加上适当的基因符号，并且用连字号相连。基因符号应该用斜体字，如：N：NIH—nu／nu表示由美国国立卫生研究院保存的，带有纯合裸基因的NIH小鼠；Lac：LACA-Hh／+表示英国实验动物中心保存的带有杂合半肢畸形基因的LACA小鼠。⒊特性和应用

(1)远交种动物的遗传组成具有很高的杂合性，因此，在遗传中可作为选择实验的基础群体，用于对某些性状遗传力的研究。同时，远交种可携带大量的隐性有害突变基因，可用于估计群体对自发或诱发突变的遗传负荷能力。远交种类似于人类群体遗传异质性的遗传组成。因此，在人类遗传研究、药物筛选和毒性试验等方面起着不可替代的作用。(2)远交种具有较强的繁殖力和生活力，表现为每胎产仔多、胎间隔短、仔鼠死亡率低、生长快、成熟早、对疾病抵抗力强、寿命长，加之饲养繁殖时无需详细记录谱系，容易生产，成本低，可大量供应，因而广泛用于预试验、学生教学和一般实验。

(3)突变种所携带的突变基因通常导致动物在某些方面的异常，从而可成为生理学、胚胎学和医学研究的模型。七、突变系动物⒈基本概念：

是指正常染色体的基因发生了变异的，形成具有各种遗传缺陷的动物。基因突变：

是指染色体上的一个位点内的遗传物质的变化，或者说是DNA分子链中碱基对的改变。基因突变可分为：①可见突变；②生化突变；③致死突变，又分为显性致死和隐形致死；④条件致死突变。

①一个基因决定一个性状，如毛色为单基因所决定；②一个基因决定几个性状，如裸鼠的无胸腺、无毛是由基因决定的，可能是一个基因决定两个性状，也可能是靠近的两个基因不分离的缘故；

③几个基因决定一个性状，如小鼠6周龄时的体重由30个基因决定，兔子的高血压由3~4个基因决定。

基因与性状的关系

突变系动物可分为由自发突变和人工诱变两大类。

突变系动物由于其独特的模型性状，可供某项特殊研究之用，就成为很有科学价值的模型动物。20世纪最先而且最广泛突破的是培养了多种肿瘤的模型动物，为研究人类肿瘤提供了极为方便而有效的研究手段。

人类疾病有时可能由单个基因的突变造成。在实验动物中，单基因突变所导致的表现异常不仅作为人类疾病的模型，而且也可成为研究有关形态、生理、行为、发育和遗传等各种生物学现象不可缺少的实验材料。如肥胖小鼠，它与人类有相似的肥胖病和糖尿病，肌肉萎缩症小鼠，它与人类有相似的肌肉萎缩症，自身免疫小鼠，则与人类的自身免疫性溶血和红斑狼疮相似。因此，对突变品系模型性状的研究对解决人类的疾病将起到重要作用。

突变系动物的命名，与同源近交系动物的命名相同，是在原品种或品系名称后面加上连字号和突变基因符号。例如：BALB/c—nu／nu和N：NIH-nu／nu分别表示BALB／c品系和N：NIH品种，具nu基因的突变系。⒉命名⒊常见小鼠突变基因与模型性状

(1)bg：米黄色基因(beige)为13号常染色体隐性基因。出生时眼睛色浅,成年后眼全变黑，耳和尾色素沉着减少。可作为chediak-higashi综合征（一种白化病）的模型动物以及恶性淋巴瘤的模型动物。也可作为水貂和牛aleulian疾病的模型动物。对自发进行性肺炎、化脓性感染敏感，用白色链球菌、金黄色葡萄球菌或肺炎球菌攻击死亡率高。自然杀伤细胞的发育和功能有缺陷，血液凝固和巨噬细胞活性有缺陷。(2)db：糖尿病基因(diabetes)为4号染色体隐性突变基因，能导致肥胖伴糖尿病。纯合子有高血糖症，4周龄时血糖值为300mg／100mL，12周龄时可达500mg／l00ml，胰岛素分泌过多，并且变异较大，寿命短。临床表现包括肥胖、高血糖、糖尿、蛋白尿、烦渴、多尿等。

(3)Dh：显性半肢畸形基因(dominanthemimelia，Dh)为1号染色体上的显性突变基因。纯合致死，杂合子将导致先天性缺脾脏和体液免疫缺陷。淋巴结肿大，白细胞增多。对绵羊红细胞(SRBC)缺少体液反应。血管内碳清除率减少。后肢畸形，生殖泌尿系统和消化系统有缺陷。(4)nu：裸基因(nude，nu)是8号常染色体上的隐性突变基因。1962年发现于英国Glasgow的Ruchill医院。纯合时，全身无毛且缺胸腺，细胞免疫反应受抑或缺乏，对感染性疾病敏感。杂合子虽带裸基因，但表型同正常动物。雌性裸鼠母性差。由于细胞免疫缺陷，这种动物能接受同种或异种组织移植。

(5)ob：肥胖基因(obese)为6号染色体隐性基因，纯合子导致单纯肥胖伴晚期糖尿病。在4周龄时肥胖个体外表上有别于正常个体。在8—9月龄时，动物体重增加到最大值，约为70g，多种代谢失调，包括脂肪形成增加、脂肪分解减少。代谢失调与过食症和胰岛素分泌过多有关，动物在6～9周龄时，有中度的高血糖，但12～16周后自行消失，体温调节有缺陷。（6）scid：严重联合免疫缺陷基因(severecombinedimmunodeficiency，scid)为第16号染色体上的隐性突变基因，发现于1983年。纯合子血清中无免疫球蛋白。淋巴结、胸腺和脾脏异常变小。胸腺由残存的髓质构成，无皮质。脾脏和淋巴结中滤泡缺乏。T细胞和B细胞数目大大减少，因此缺乏体液免疫和细胞免疫功能。⒋常见大鼠突变基因与模型性状（1）di：尿崩症基因(diabetesinsipidus，di)为第3号染色体上隐性突变基因。纯合体体重比杂合体和正常动物小，呈烦渴、多尿和低渗尿。可作为遗传性下丘脑尿崩症模型。（2)fa：肥胖基因(fatty，fa)是位于第5号染色体上的隐性突变基因。纯合体导致动物肥胖、饮食亢进和血内胰岛素过多，类似于小鼠肥胖症。体温调节有缺陷。该综合征与下丘脑有关。（3）rnu：大鼠裸基因(rowettnude，rnu)是位于第10号染色体的隐性突变基因：纯合体为裸鼠。有触须，但弯曲。在头部或身体其他部位常有短毛出现。2～6周龄时，皮肤上有棕色磷片状薄片覆盖。随后变得光滑无毛。6周龄之后，有些个体长毛，但较正常鼠稀少，并很快脱光。胸腺缺失，为棕色脂肪取代。但可见一个小而极异常的退化胸腺存在。细胞免疫缺陷。T细胞功能退化或缺失。此外，还有高血压大鼠（以SHR最为名贵）、癫痫突变(tr)大鼠等。八、遗传工程动物⒈转基因动物

以实验方法将外源性目的基因或特定DNA片断，导入到动物的基因组内，进而改造原来动物的遗传学特性，而产生的遗传工程动物。⒉基因剔除动物

利用