实验动物学第二章-实验动物的遗传学控制

第二章实验动物的遗传学控制第一节概述第二节近交系动物第三节封闭群动物第四节杂交群动物第五节实验动物的遗传学质量监测2024/10/171第一节概述一、实验动物在动物分类学上的位置在分类学上，根据动物的解剖、外形、生理生化等相似程度，在界的下面再依次分为门、纲、目、科、属、种六个基本阶元。以小鼠为例界（Kingdom）动物界门（Phylum）脊椎动物门纲（class）哺乳动物纲目（order）啮齿目科（family）鼠科属（genus）小鼠属种（species）小鼠种2024/10/172常用哺乳类实验用动物分类学地位目的名称动物名称贫齿目Edentata犰狳食虫目Insectivora刺猬、鼩鼱、鼹鼠翼手目Chiroptera蝙蝠灵长目Primates猕猴、狨猴、树鼩兔形目Lagomorpha兔、鼠兔啮齿目Rodentia大鼠、小鼠、豚鼠、金黄地鼠、旱獭、黑线仓鼠、棉鼠、长爪沙鼠、鲸目Cetacea须鲸、齿鲸、白鳍豚食肉目Carnivore猫、犬、鼬鳍足目Pinnipedia海豹长鼻目Proboscidea亚洲象奇蹄目Perissodactyla马、驴、骡、犀牛偶蹄目Artiodactyla牛、羊、鹿、猪2024/10/173二、种、品种与品系的概念种（Species）：是生物分类学上的基本单位，由自然选择形成。在一般情况下，同种动物能共同生活、交配、繁衍后代，而异种动物之间存在生殖隔离，即使相近种的动物交配产仔，其后代也没有繁殖能力。

各种实验动物虽然来源于其野生型祖先，但它们已经经过人工长期选择、驯化与培育，与其祖先有着极为显著的差异，如实验小鼠、大鼠等在遗传概貌、生活习性等方面不同于其野生型。

特别是遗传工程动物，可以说在某种程度上是“人造动物”。2024/10/174品种（stock）：是种以下的非自然分类单位，由人工选择和定向培育出来的，具有某些生物学特性，能稳定遗传。品系（strain）：是实验动物分类学上的专用名词，采用一定的交配方式繁殖且祖先明确的动物群。

品系的三大特征：独特的生物学特性，相似的外貌特性，稳定的遗传特性。2024/10/175三、实验动物按遗传学控制的分类方法

按遗传学控制分类，可将实验动物分为：近交系封闭群（远交系）杂交群不同类别动物其交配和保种方式不同。2024/10/176第二节近交系动物什么是近交？什么是近交系？

近交(inbreeding)即近亲交配。从一个动物群体中有意识地选用血缘关系比较接近的雌雄个体进行交配。

近亲交配有三种形式：兄妹交配、母子交配和父女交配，最常用的形式是全同胞兄妹交配。

近交系(inbredstrain）是指采用连续全同胞兄妹交配（brother-Sisterinbreeding）20代以上而培育成的动物。

近交系动物因其基因型高度纯合，等位基因趋于完全一致，近交系数可达98.6%，血缘系数达99.6%，个体间差异极小，因而用于实验重复性好，对各种刺激反应均一，实验结果准确。2024/10/177近交系数：是指在近亲交配情况下各代减少异质基因/增加纯合基因的百分数。近交系数的计算公式：

Fn=1–

（1–ΔF）n代数F代数F0011.9081.25012.9262.37513.9403.50014.9514.59415.9615.67216.9686.73417.9747.78518.9798.82619.9839.85920.98610.886血缘系数：一个群体中个体之间基因组成的相似程度用数值来表示。2024/10/178（二）近交系命名由于近交系动物品系繁多，命名颇为杂乱。国际上已规范近交系动物的命名，其规则是根据动物的来源、历史和培育经过，以一系列字母和数字作为品系代码（straincode）来表示。

1.以一个或数个大写英文字母表示，如A、DBA等。

2.大写英文字母加数字命名，如C57BL、C3H。

3.用数字表示，如129、615等。有时还标注近交代数。通常在品系代码后加括号，先写“F”，后写代数；如615(F25)表示615小鼠，近交代数为第25代。2024/10/179亚系（Substrain)：亚系的概念和形成原因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，已经发现或十分可能存在遗传差异的现象。通常下述三种情况会发生亚系分化。在兄妹交配代数达

40代以前形成的分支（即分支发生于

F20至F40之间）；从共同祖先分开

20代以上，因突然变异和遗传漂变导致品系内遗传分化；经遗传分析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（geneticcontamination）（即一个近交系与非本品系动物之间杂交引起遗传改变）。2024/10/1710亚系命名：

品系名称后加斜线、数字和培育者的缩写。近交系、亚系综合命名法实例：

C57BL/6J：C代表ColdSpringHarborLaboratory(冷泉港实验室)，57为第57号雌鼠，BL即Black(黑色)，6为亚系，J代表Jackson(杰克逊)实验室。2024/10/1711常用近交系缩写符号品系全称缩写符号BALB/cCC57BLBC57BL/6B6C57BL/10B10C57BRBRC3HC3CBACBDBA/1D1DBA/2D2AKRAKRⅢR3HRS/JHR2024/10/1712几种特殊类型的近交系1.重组近交系（recombinantinbredstrain，RI）由两个近交系杂交后，再经连续20代以上兄妹交配培育成的近交系，称为重组近交系。命名：♀亲代近交系X

♂亲代近交系如：CXB1、CXB2…

…

近交系A×近交系BF1代兄妹交配兄妹交配连续20代以上2024/10/1713几种特殊类型的近交系

2.重组同类系（recombinantcongenicstrain，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交（通常回交2次），再经不对特殊基因选择的连续兄妹交配（通常大于14代）而育成的近交系。命名两个亲代近交系的中间加小写英文字母c，受体近交系在前，供体近交系在后。如：CcS1近交系A×近交系BF1代×近交系A子代×近交系A兄妹交配大于14代2024/10/17143.同源突变近交系（coisogenicinbredstrain）指两个近交系除了在一个确定位点等位基因不同外，其它遗传基因全部相同。命名：发生突变的近交系-突变基因如：BALB/c-nu/nu裸鼠C57BL/6J-bg

几种特殊类型的近交系2024/10/17154.同源导入近交系（Congenicinbredstrain）是指通过杂交-互交和回交的方式将个体的一个基因导入到近交系中，由此形成一个新的近交系。这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。命名：接受基因的近交系.提供基因的近交系-基因名称如：B10.129-H-12b几种特殊类型的近交系2024/10/1716A系肿瘤—A系（肿瘤易感）B系（肿瘤抵抗）代次0123414++——++———A系（肿瘤抵抗）Snell培育同源导入近交系（isogenicresistantline）2024/10/1717通过杂交-互交和回交进行同源导入的方式应用举例：将遗传工程小鼠的首建鼠（founder)外源基因导入到C57BL/6小鼠遗传背景中；将单一的免疫缺陷基因导入到另一免疫缺陷小鼠中，建立联合免疫缺陷小鼠，如将xid基因导入到裸小鼠基因组内，形成T、B细胞联合缺陷；将scid基因导入到nod小鼠基因组内，形成nod/scid小鼠，具有T、B淋巴细胞联合免疫缺陷、NK细胞活性低下、无循环补体、巨噬细胞和抗原提呈细胞功能损害等特性,近年已成为人类肿瘤移植瘤的最佳研究模型。

182024/10/17思考：在饲养繁殖中发现一只无毛小鼠，已知无毛基因hr/hr是隐性基因，根据Snell发明的基因导入原理，如何将此基因导入到C57BL/6J小鼠体内？C57BL/6J无毛小鼠代次0123414+++-+-++52024/10/1719近交系动物的培育

原始材料的选择从野生动物中选择从现有的各种近交系、封闭群、杂交群中选择2024/10/1720近交系小鼠的培育示意图雌雄一对，可以传代。子代死胎、流产或不育，不能传代。2024/10/1721近交后引起的变化近交可以降低基因的杂合性，增加纯合性近交可以使突变的隐性杂合基因暴露近交可将群体分离为不同基因型的近交品系近交可引起近交衰退2024/10/1722近交系保种和生产流程图B×SB×SB×SB×S或随机交配随机交配核心群增殖群生产群供实验用2024/10/1723近交系动物的特点1.基因的纯合性（近交系动物的每个个体）

2.遗传组成的同源性（一个近交系动物的所有个体）

3.遗传组成的独特性（不同近交系比较）

4.遗传特征的可辨别性（不同近交系比较）

5.遗传的稳定性（所有近交系）

6.表现型的一致性（同一近交系个体间）

7.背景资料的可查性

8.国际分布的广泛性2024/10/17241.对某一实验刺激的反应缺乏普遍性。

2.对环境适应能力差。

3.生长发育慢，繁殖力差。近交系动物的缺点2024/10/1725近交系动物的应用常用的近交系小鼠有：BALB/c、C57BL/6、DBA/1、DBA/2、C3H等。

常用的近交系大鼠有：Wistar、F344等。近交系豚鼠、兔的品系很少。广泛应用于遗传学、免疫学和肿瘤学等研究领域。由于每个近交品系都具有独特的生物学特性，个体基因型和表现型高度一致，因而实验数据有着严格的品系专一性，因此在选择品系时应选择对实验刺激敏感的品系。2024/10/1726第三节封闭群动物定义：封闭群（closedcolony）是指以非近亲交配方式进行繁殖生产的一个种群，在不从外部引入新个体的条件下，至少连续繁殖4代以上的动物群体。---从群体角度远交系(Outbredstock)：同一种群内无血缘关系的个体之间随机交配所产生的后代称为远交系。---从个体角度2024/10/1727由于封闭群动物采用随机非近亲交配的方式，它的遗传组成比较接近于自然状态下的动物群体结构。在引种和饲养繁殖时，应注意封闭群的“有效群体大小”。有效群体数量太小，导致该群体近交系数上升。国际实验动物科学委员会规定封闭群动物每代近交系数增加不能超过1%，因此种群至少要达到25对(50只)以上。封闭群：小鼠：KM、ICR、NIH、Laca

大鼠：SD（Sprague-Dawley）、Wistar2024/10/1728

封闭群的繁殖方法封闭群采用循环交配法。最常用的是三级循环交配，即将种群分为A、B、C组，在留取种群繁殖下一代时，把不同组留取的♂和♀种鼠组合进行交配。交配组合图如下所示：新♂♀ABCBCACABABCABC原种群新种群♂

♀2024/10/1729封闭群的特点及应用

封闭群动物的特点

1.保持群体动物基因的杂合性和基因频率的稳定性，因而无近交衰退，易饲养、抗病力强、繁殖率高、产仔多

2.对实验刺激的反应接近自然种属的反应特点

封闭群动物的应用

1.药物筛选和毒性试验

2.一般实验研究

3.广泛用于预实验和学生教学2024/10/1730封闭群使用时的注意事项由于不同动物供应商建立的封闭群动物群之间可能存在细微的遗传差异，这种差异可能会对实验结果造成影响，因此建议在一个连续的药理学、毒理学实验中，应选用一家动物供应商提供的封闭群动物品种，而不要一个试验选用这一家，另一个试验选用另一家。KM和ICR的选择KM是我国特有的封闭群品种，具有封闭群动物的所有优点，而ICR则是国际上广泛使用的。在体型上，同周龄ICR较昆明种大，比较适合手术或需要取材较多的实验。2024/10/1731封闭群：品系内大部分等位基因处于杂合状态，其群体基因组成占种群基因库的一部分。近交系：品系内几乎所有等位基因处于纯合状态，其群体基因组成完全一致，占种群基因库的一小部分。近交系和封闭群动物遗传组成的比较2024/10/1732同一近交系小鼠的不同个体间的等位基因都是纯合的

同一封闭群的不同个体间的等位基因大都处在杂合状态，但群体的基因频率保持相对稳定，接近种属的自然状态2024/10/17332024/10/1734封闭群的实验数据：因为群体内个体差异，表现为标准差大，但它反映了种属对刺激的反应。近交系的实验数据：因为群体内个体差异极小，表现为标准差小，但同一刺激对不同近交系反应不同，有的高，有的低，它仅反映某个基因型对刺激的反应。封闭群与近交系实验结果的比较示意图封闭群近交系A近交系B正常组实验组

定义：由两种不同的近交系杂交所繁殖的第一代杂交动物称为杂交群（Hybrid），又称为系统杂交动物，或“F1”代。杂交群动物的双亲来自两个不相关的近交系，它具有以下几种特征：各个个体的基因型相同，是其父母基因型的组合。表型一致，对试验反应均一。具有杂交优势，生活力和抗病力比近交系强。具备双亲的生物学特性。由于基因互作，可产生不同于双亲的新性状。第四节杂交群动物2024/10/1735国际上常用的杂交群小鼠组合2024/10/1736第五节实验动物的遗传学质量监测为什么要进行遗传监测？基因突变残留杂合基因的分离人为造成遗传污染2024/10/1737

监测目的近交系动物：保证近交系动物遗传质量与标准一致，基因的高度纯合。淘汰各种原因引起的遗传变异的个体。突变系动物：防止突变基因在繁殖过程中丢失。封闭群动物：防止群体内个体之间发生近交，保持整个群体各位点的基因频率稳定在一定的范围。2024/10/1738近交系动物遗传质量监测常用方法原理方法评价形态学1.下颌骨形态分析法较复杂，需要经过复杂计算，捕杀大量动物2.毛色基因测试法简单，但需长时间观察3.染色体带纹分析法较复杂，准确性较差免疫学1.同系异体植皮法简单，有权威性，得到结果时间长2.H-2复合体监测法较复杂，费用高，准确性较高3.混合淋巴细胞培养较复杂，费用高，需一定设备生物化学生化标记电泳法经济、准确性高，普遍采用2024/10/1739近交系小鼠生化标记示意图aaaabb–+Gpi-1（磷酸葡萄糖异构酶1）：Chr.7带型：Gpi-1aBALB/cNGpi-1bC57BL/6Naaaabb–+Es-1（酯酶1）：Chr.8带型：Es-1aC57BL/6NEs-1bCBA/N通过对多个生化标记位点的检测可区分不同的小鼠近交系2024/10/1740符号染色体位置位点名称AAKRC3H/HeC57BL/6CBA/NBALB/cDBA/1DBA/2TA1TA2615Car-23碳酸酐酶-2babaababbaaCe-217过氧化氢酶-2abbabbbbabbEs-18酯酶-1bbbabbbbabbEs-311酯酶-3cccacaccaccEs-1014酯酶-10abbababbbaaGpd-14葡萄糖6磷酸脱氢酶-1bbbabbabbbbG