实验动物分类及质量控制

实验动物分类及质量控制第一节实验动物的分类生物学分类遗传学分类微生物学分类1.实验动物生物学分类不同动物门的概况原生动物门：最低等的单细胞动物。草履虫、变形虫等海绵动物门：最低等的多细胞动物。腔肠动物门：水螅等。扁形动物门：多数为寄生虫。绦虫、血吸虫等线形动物门：多寄生于动物和人体内。蛔虫、钩虫等。环节动物门：有真体腔的多细胞动物。蚯蚓、水蛭等。软体动物门：乌贼（骨板）等。节肢动物门：昆虫纲动物最多。苍蝇、蚊子等。棘皮动物门：海星，海胆等。元索动物门：文昌鱼。脊椎动物门：进化上最高等的一门动物。哺乳纲最高等，多数实验动物选自此纲。常用哺乳纲实验用动物的分类位置目的名称实验用动物种类单孔目Monotremata有袋目Marsupialia贫齿目Edentata食虫目Insectivora翼手目Chiroptera灵长目Primates兔形目Lagomorpha啮齿目Rodentia

鲸目Cetacea食肉目Carnivora鳍足目Pinnipedia长鼻目Proboscidea海牛目Sirenia奇蹄目Perissodactyla偶蹄目Artiodactyla至今无袋鼠犰狳、穿山甲刺猬蝙蝠猕猴、松鼠猴、狨猴、黑猩猩兔、鼠兔小鼠、大鼠、金黄地鼠、豚鼠、沙鼠、黑线姬鼠、田鼠江豚猫、犬、雪貂海狗至今无至今无马、驴、骡猪、羊、牛、鹿2.实验动物遗传学分类在生物分类学上，动物“种”是动物分类的基本单位，是自然选择形成；一般情况下，同种动物交配能顺利繁殖后代，而异种动物存在生殖隔离。各种实验动物经过人类的长期驯化、培育和选择，已与其祖先有着极显著的差异。基本概念----种Species基本概念----品种Stock品种是种以下的非自然的单位，是人为选择的产物。人类根据不同需要把动物的外形和生物学特性进行改良，选择和定向培育，使之具备某些生物学特性，这些特性能稳定遗传，就把同种动物中具有不同遗传特性的动物分为不同的品种。KM小鼠是封闭群小鼠中的一个品种，属我国常用的实验小鼠，1994年列入国际实验动物理事会出版的实验小鼠目录。基本概念----品系Strain品系是根据不同的实验目的，采用近亲交配方式繁殖，且遗传背景明确的动物。作为一个品系，必须具备独特的生物学特性，相似的外貌和稳定的遗传特性。如C57BL/6小鼠是近交系小鼠中的一个品系，属低癌，高补体活性的小鼠；全身黑色被毛；其生物学特性稳定地代代相传。因此，品种和品系是实验动物分类的基本单位。实验动物遗传学分类近交系InbredStrain突变系Mutantstrain重组近交系Recombinantinbredstrain重组同类系Recombinantcongenicstrain封闭群Outbredcolony杂交群动物Hybridanimal近交系

InbredStrain近交系动物的概念经至少连续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，该品系称为近交系（InbredStrain）。经连续20代以上亲代与子代的交配，与全同胞兄妹的交配有同等效果。近交系数应大于99％。近交系数（CoefficientofInbreeding,F）动物个体的基因组成中纯合子在基因的出现率。后代个体基因位点固定同一祖先基因的比率。犬和猫连续全同胞兄妹交配20代，需要20年左右的时间；

鸡和兔也要花费较长时间。体型较大动物的近交系培育很难获得成功；因为成功率低，往往成为经济上的沉重负担。通常禽类和兔类等实验动物的血缘系数达到80％以上时(相当于亲兄妹交配4代)，即可称为近交系。目前已培育出兔、犬、猫、鸡、羊、猪等的若干近交品系。血缘系数（CoefficientofRelationship，R）两个个体间的遗传学相似性。无血缘关系双亲的同胞间血缘系数是50%。亲同胞交配近交系数和血缘系数的上升世代近交系数血缘系数世代近交系数血缘系数00%50%1190.0%97.0%125.060.01292.597.6237.572.71394.098.1350.079.21495.198.5459.484.31596.198.8567.287.91696.899.0673.490.51797.499.2778.592.61897.999.3882.694.11998.399.5985.995.32098.699.61088.696.3近交系动物的命名

一般以大写英文字母命名，亦可以用大写英文字母加阿拉伯数字命名，符号应尽量简短。如A系，TA1系等。

非正规的命名，如以为人知，则可保留沿用。129615等C3hC3HC3HBalb/c,129,A,C57BL/6亚系（Substrain）：一个近交系内各个分支的动物之间存在有遗传差异，即称该近交系出现了亚系。亚系的命名是在原品系的名称后加“/”，后标注亚系符号：加数字C57BL/6,C57BL/10培育或生产单位或个人的英文缩写：A/HeCBA/J一个保持者同时保持一个近交系2个以上亚系：C57BL/6J,C57BL/10J命名法出现前，已为人们熟知的近交系，保留原部规范的表示方法：BALB/c，C57BR/cd。支系（Subline）：近交系或亚系经人工技术处置后，则称为支系。胚胎移植e乳母代乳f人工饲喂h卵巢移植o人工饲喂结合乳母代乳fh胚胎冷冻p近交系的遗传学特性优点1.基因纯合性

经过连续20代以上的近亲繁殖,近交品系个体基因已有98.6%以上纯合；品系内任何二个动物交配所产生的后代，也应是纯合子。因此，同一近交系动物的基因是一致的，没有暗藏的隐性基因。2.同基因性

同一个近交品系中所有个体在遗传上是同源的，个体间极为相似，具有基本相同的遗传组成和遗传特点，也就是基因型相同。因此，同品系个体间可进行组织或肿瘤移植，也可用一只动物检测该品系的基因型。3.表现型的均一性同一近交系动物，在相同环境因素的作用下，由于同基因性，其表现型是均一的，如血型、组织型、体重、毛色、可遗传疾病的发病率、对药物的反应、甚至行为类型等。因此,使用较少量的近交系动物可达到生物统计需要的精密度。4.遗传稳定性近交系动物的基因高度纯合，坚持近亲交配则增加其在特定部位纯合子，减少了遗传变异，使动物的基因型可长期处于稳定状态，导致近交系动物长期遗传稳定性。近交系动物的遗传变异仅发生在少量残留杂合基因，或基因的突变，而这种机率非常低。5.个体性每个品系在遗传上都是独特的，有些品系可能发生一些疾病，成为研究人类疾病理想的模型。有些情况品系间的差别显示在量上，而不是在质上，在研究上非常有用。可在众多的近交系中，筛选出对某些因子敏感，和不敏感的品系，以达到不同的研究目的。6.分布广泛性近交系动物个体具备品系的全能性，任何个体均可携带该品系全部基因库，引种仅需1-2对动物。不少近交系动物已分布在世界各地，意味着：不同地区，不同国家的科学家有可能重复或验证已取得的理论和数据。7.背景资料和数据较完整近交系动物在培育和保种过程中都有详细记录，一些常用品系具有相当数量的背景资料；有大量文献记载了各种品系的生物学特性。这些有关品系的特征、寿命和自发性疾病等资料，对今后的研究工作的设计和动物实验结果的解释提供便利条件。8.可分辨性

每个近交系都有自己独特的生化标志基因。研究者在掌握了遗传质量监测方法后，通过建立品系的遗传概貌，和定期的遗传检测，可以分辨混杂在一起的两个，或两以上外貌近似的品系动物。固定基因时，有害的隐性基因也会纯合，出现不利的性状而造成育种失败；近交还可能导致多基因之间丧失平衡，从而使高度纯化的动物对不良环境的调节适应能力降低；近交使动物失去为保持足够生物适合度所必需的最低水平的基因杂合性，从而影响动物生长率，寿命，对疾病的感受性，生活力，体力及繁殖能力。近亲交配的弊端近交系的应用鉴于近交系动物具备上述特性，其应用首推遗传学研究，可消除杂合遗传背景的影响，以较少的动物取得较一致的动物实验结果。近交系的应用

其次，近交系动物在肿瘤研究工作中应用最广泛，被培养的品系也最多；对肿瘤的病因学、发病学、实验治疗和新抗癌药物的研究等都作出重大贡献。近交系的应用

随着生物医学科学研究的发展，已培育成功各种人类疾病的动物模型，如：高血压大鼠、癫痫大鼠糖尿病小鼠、白血病小鼠，白内障小鼠、先天性肌萎缩小鼠、免疫缺陷型小鼠等等。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理想的实验材料。近交系的应用

在某些涉及组织细胞或肿瘤异种移植的实验中，个体间组织相容性一致与否，是实验成败的关键。因此，近交系动物成为不可缺少的实验动物。近交系动物的保种目前最广泛采用的是建立全同胞亲兄妹交配核心群保持过程中的技术问题选择与淘汰近交系动物培育的交配方式全同胞兄妹交配纯交：2个纯合子交配互交：2个杂合子交配回交：父女或母子交配近交系保种中的基本概念基础群（核心群）：以品系保种为目的的动物群称为基础群，也叫核心群。谱系扩大群：核心群中非留种的动物及其后代，当核心群发生意外可能断种时，向核心群导入做种。生产群：来源于谱系扩大群的后代，随机交配，不超过4个世代。近交系的保种方法

1.平行法：繁殖群进行平行线式，即每代每对各留1对动物。容易形成亚系。2.单线法：设4-6个雌雄同居组，其中一个是其他3-5组已交配动物的双亲，可避免亚系形成，容易断种。3.优选法：每代设来自同一亲本的2-3个雌雄交配组，每个交配组与其2-3对子代作为一个家系，在2-3个家系间挑选繁殖和健康较好的家系作为种群，其余家系作生产群或供作实验。该法可扩大繁殖，避免亚系，选择比较合理。近交系保种的注意事项连续进行近亲交配的必要性。通常同时保持2-3个世代。保持单线谱系。尽可能作详细记录并加以保存。避免计划外杂交。近交系动物的生产少量生产核心群内得到大量生产红绿灯制突变系

Mutantstrain突变系动物的定义是指保持有特殊的突变基因的品系动物，也就是正常染色体的基因发生了变异，具有各种遗传缺陷的品系动物。生物在长期繁殖过程中，子代发生变异，其变异的遗传基因等位点可遗传下去，或即使没有明确的遗传基因等位点，但经过淘汰和选拔后，仍能维持稳定的遗传物质，这种变化了的能保持遗传//特性的品系，称为变品系。常用突变系肌肉萎缩症dy肥胖症ob侏儒症dw糖尿病db现已发现小鼠突变基因893个，兔76个，大鼠105个，豚鼠38个。与人类疾病相类似的突变型动物已用作动物模型进行研究。重组近交系

Recombinantinbredstrain重组近交系—定义以两个无关的高度近交品系进行交配，产生F2代后，再行全同胞交配达20代以上而育成的一个近交系。该品系动物既具有其双亲品系的特性，又具有重组后一组内和每个重组近交系的特性。重组近交系已广泛应用于新的多态性基因位点和新的组织相容性位点的鉴定、多态性位点的多效性及其连锁性的研究；还用于动物寿命、自发性和诱发性疾病的研究；以及生理学、药理学、形态学和行为学等方面的研究。重组近交系的命名由两个亲代近交系的缩写名称中间加大写英文字母X命名。由相同双亲交配育成的一组近交系用阿拉伯数字予以区分。如：由BALB/c与C57BL/6杂交育成的一组近交系分别命名为CXB1、CXB2……。重组同类系

Recombinantcongenicstrain重组同类系—定义由两个近交系杂交后，子代与两个亲代中的一个近交系进行数次回交（通常回交2次），再经无特殊基因选择的近亲交配而育成的近交系。重组同类系的命名由两个亲代近交系的缩写名称中间加小写英文字母c命名，其中用作回交的亲代近交系（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同类系用阿拉伯数字予以区分。如：由BALB/c为受体近交系，以STS为供体近交系（S），经2代回交育成的一组重组同类系分别命名为CcS1、CcS2…。同源导入近交系

congenicinbredstrain通过杂交-互交或回交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。封闭群(远交群)

Closedcolonyor

Outbredstock封闭群动物的概念以非近交交配方式进行繁殖生产的一个实验动物种群，5年以上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。引种于某亲本或同源亲本的动物，让其不以近交形式，也不与群外动物杂交而繁衍的动物群，目的是要求整个群体尽量防止近亲交配而保持遗传变异，也就是说，既保持群体的一般特性，又保持动物的杂合性。封闭群可分为起源于近交系,但并不进行全同胞交配的维持群和起源于非近交系,亦不进行全同胞交配的维持群例如ddN小鼠，Wistar大鼠、我国各研究单位长期自行繁殖的KM小鼠、青紫兰兔、新西兰白兔、大耳白兔等均属此类。封闭群动物的命名封闭群由2-4个大写英文字母命名，种群名称前标明保持者的英文缩写名称，第一个字母须大写，后面的字母小写，一般不超过4个字母。保持者与种群名称之间用冒号分开。如：N：NIH表示美国国立卫生研究院（N）保持的NIH封闭群小鼠。Ssmu:KM表示上海第二医科大学保持的KM封闭群小鼠。封闭群动物的遗传学特性及应用对于封闭群的研究，无论在理论上还是实践上，无论在国内还是国外，都落后于近交系。其原因在于封闭群是属于群体遗传理论范畴，不仅群体遗传学本身产生较晚，而且该理论又不能机械地套用于封闭群。至今，对封闭群动物的研究工作几乎都局限于实验小鼠和大鼠，且资料也甚少。1.基因库大，杂合率高封闭群是一种长期与外界隔离，雌雄个体间能够随机交配的动物群，其遗传组成比较接近自然状态下的动物群体结构，具有类似于人类群体遗传异质性的遗传组成。其基因的杂合率较高，个体间的基因型不一致，因此，群体基因库较近交系大。2.群体基因频率基本保持稳定封闭群动物不从其外部引入新基因，又坚持随机交配，从而使群体在一定范围内保持相对稳定的遗传特征。群体基因频率可达到哈台—温伯格平衡。3.封闭群内个体间差异程度

主要取决于其祖代起源若封闭群祖代起源于同一个近交系动物，其个体遗传差异较小。若起源于非近交系的一般封闭群，个体间差异较大，且可携带隐形的有害基因，或致死基因，易于诱发突变。封闭群动物的遗传组成具有很高的杂合性其繁殖力和生活力较强

表现为平均胎产仔数多，胎间隔短，仔鼠离乳率高，生长快，成熟早，抗病力强，寿命长；生产成本低，可大量供应广泛用于各种预试验、学生教学和常规的药物筛选和毒性试验中。封闭群动物的保持和生产随机繁殖法分组循环法最大限度避免近交法杂交群动物

Hybridanimal杂交群动物—定义也称杂交一代或系统杂交动物。是指两个近交品系动物之间进行有计划交配所获得的第一代动物，简称F1动物。由于亲本本身是纯合的，F1个体间虽然是杂合的，但是杂合的比较均一。F1的优点具有杂交优势、生命力强、适应性和抗病力强、繁殖旺盛。具有纯系动物疾病相似的遗传均质性。虽然不是纯合子，但基因型是整齐一致的，遗传性是稳定的，表现型也一致。对各种实验结果重复性好。具有亲代双亲的特点。国际上分布广，实验结果便于在国际上进行重复和交流。第二节实验动物

遗传学质量控制随着生物医学科研的发展及其需要，目前已培育成功数百种近交品系和封闭群动物，加上不同的亚系和新建的突变群，其种（品系）数量愈千。在各单位的实验动物饲育繁殖部门，一般都保持几个或几十近交系。多个品系动物生产繁殖过程中，无法确保绝对不发生计划外杂交。有必要进行实验动物的遗传质量控制

科研人员都希望证明各自所得到的品系动物的遗传背景是符合标准的；

生产繁殖部门希望确证：所提供的实验动物符合遗传控制的质量。当今，人类已步入21世纪生命科学新时代，世界范围内蓬勃发展新技术革命。随着各种新技术，新检测方法的建立，可用于实验动物遗传质量检测的新技术也越来越多。

国际实验动物理事会提出了实验动物质量检测必须符合“4E原则”。准确

Exact简便Easy

有效Efficient

经济Economic目前常用的检测方法生化标志基因位点检测免疫学技术检测：皮肤移植形态学分析下颌骨测量、毛色基因测试。染色体带型检测分子生物学标记技术检测法生化标记检测法不同近交系有相当多的同工酶同种异构蛋白具有多态性生化标记检测具有很高的灵敏性，它能证实近交系和确定亚系间的遗传关系，具有较高的应用价值。方法简便快速、比较经济，但精确度不高。

在实验动物国家标准《哺乳类实验动物的遗传质量控制》（GB14923-2010）

对近交系小鼠选择位于10条染色体上的14个生化位点作为生化标记检测

对近交系大鼠选择位于6条染色体上11个生化位点作为生化标记检测。

在实验动物国家标准《哺乳类实验动物的遗传质量控制》（GB14923-2010）中规定：对基础群，凡在子代留有种鼠的亲本动物都应进行检测；对生产群动物每年至少进行一次遗传质量检测，每次应采样≥6只。

免疫学检测-皮肤移植

实验证明动物具有接受或排斥所植皮肤的能力。每个近交系的全部个体在遗传上高度纯合，所以，同品系的个体间能互相接受皮肤移植；而不同品系的个体间植皮就会互相排斥。

皮肤移植也是的常用的遗传质量检测方法，在国家推荐标准（GB/T14927.2-2001）《实验动物近交系小鼠/大鼠皮肤移植法》中，对该方法的基本操作步骤有详细的介绍和规定。

小鼠和大鼠的检测中普遍采用的是快速、有效的尾部皮肤移植法。植皮后至少观察100天，只有在100天以上植皮双方均不发生排斥，才能证实待测小鼠或大鼠的遗传纯合性。

在对已知品系检测时，若急性排斥占手术例数30%，须重新考虑采样，以确认是技术性还是其他原因造成的结果。供体受体移植结果近交系同品系同性别接受近交系不同品系排斥近交系本品系同其他品系杂交F1接受近交系♀同品系♂接受近交系♂同品系♀排斥杂交F1F1亲代品系排斥杂交F1杂交F2接受杂交F2杂交F1排斥（少数接受）实验动物皮肤移植规律

皮肤移植法优点：易掌握、高度灵敏、经济、不需昂贵设备、对植皮接果的排斥或接受容易判断。

皮肤移植法不足：该方法费时：为检测非H-2组织相容性基因的差异，需观察100天后才能作出判断；饲养植皮动物需一定饲养空间；会出现一些系技术或其他非免疫因素植皮实验失败。该方法不是鉴别新品系的理想方法。

形态学分析-下颌骨

下颌骨形态是高度遗传的性状，由多态性位点确定。下颌骨的形态和大小在小鼠的近交系间存在明显差异，所以，下颌骨分析是一种合理的方法。该方法是一种灵敏和有效的鉴别和检测亚系变异（源于遗传混杂和突变）的技术。正常环境因素及饲养管理对下颌骨形态几乎没有什么影响，50日龄后下颌骨基本上不再生长，其形态也不再发生变化。

检测前，制作测量用的标准直角坐标底板，在显微镜下，放大10倍测量在直角坐标底板上下颌骨11个形态特征参考点的距离每次取样10只为1组，制备下颌骨标本后，在近交系核心群中随机取60日龄以上的成年雄鼠，

将所测量值的平均数作统计分析，利用判别函数确定下颌骨形态。如果测量值集中，则表明在被测小鼠间无显著的遗传差异。下颌骨形态分析是一种灵敏、经济、简便、可同时检验大量的遗传位点的遗传监测方法。若配以扫描机将下颌骨形态扫入电脑，经电脑测量其形态特征参考点的距离，并由电脑完成统计分析，既可减少人为误差，还可加快统计分析的速度。形态学检测-毛色基交配小鼠毛色主要受A、B、C三个等位基因控制，它们分别在不同的染色体上。cc基因是其他毛色基因的上位基因。白化小鼠cc等位基因是已知的，A，B是待测基因。毛色基因交配测试可把隐性的毛色基因显示出来。A-B-C-为野生色A-bbC-为桂皮色aaB-C-为黑色aabbC-为棕色DB