搜索
第四章突变系动物的特点及应用第一节突变系动物的基本概念一、遗传与变异遗传和变异是生物普通存在的生命现象。虽然亲代和子代之间都有非常相似的地方，但又有些不同之处。亲子相似，叫遗传。亲子相异，叫变异。生物的遗传性和变异性都是由DNA加以控制和调节的。二、基因突变基因突变是指染色体上一个位点内的遗传物质的变化，或者说是DNA分子上长链中碱基对的改变，也称点突变。基因突变在生物界中是很普遍的，而且突变后所出现的性状与环境条件间看不出对应关系。突变在自然情况下产生的，称为自然突变或自发突变（SpontaneouMutation）；由人们有意识地应用一些物理、化学因素诱发的，则称为诱发突变（InducedMutation）。突变后出现的表现型是多种多样的。根据突变对表现型的最明显效应，可分为：1．可见突变（VisbleMutation）：突变的效应可在生物的表现型上看出来，即用肉眼就能观察出来，如若干大体形成的变异。2．生化突变（BiochemicalMutation）：突变的效应导致一个特定的生化功能的丧失。肉眼是无法予以鉴别的，一定要借助于某些特殊方法来检测。3．致死突变（LethalMutation）：致死突变可分为显性致死和隐性致死。显性致死在杂合态即有致死效应。而隐性致命突变较为常见，如镰形红细胞贫血症的基因就是隐性致命突变。4．条件致命突变（ConditonalLethalMutation）：在某些条件下是有成活的，而在另一些条件下是致命的。三、突变的机理和突变系动物通过遗传和化学分析认识了突变型的遗传性质，有些变化是一个碱基为另一个碱基所替代；另一个情况是插入或缺失了一个碱基，还有的变化包括许多碱基获得、失去或重新排列等等。总之是组成基因的物质发生了化学变化，其变异的遗传基因等位点可以遗传下去。突变品系，也就是指正常染色体的基因发生了变异的、具有各种遗传缺陷的动物。基因突变动物在遗传学上不是一个单独的遗传类别，它涉及近交系和封闭群两类动物。基因突变发生在近交系即为同源突变近交系；基因突变发生在封闭群，即为封闭群突变种。在小鼠和大鼠中，通过自然突变和人工定向突变，已培育出很多的突变系动物，如目前国际上已发现的小鼠突变基因有648个，培育的突变系小鼠有350多个品系，大鼠有50多个品系。特别如无毛、无胸腺裸鼠已成为生物医学研究领域中令人注目的“宠儿”，并被广泛地应用于肿瘤等研究。第二节突变品系的模型性状模型动物遗传突变的动物，如果能留种育成突变品系供某项特殊研究之用，这就成为很有科学价值的“模型动物”。本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，为研究人类肿瘤的科学工作者提供了极为方便而有效的研究手段。有的突变品系动物与人的疾病一样或近似，则更是最好的动物模型。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症和红斑狼疮相似。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。突变品系主要表现研究应用肌萎缩症（dy）小鼠进行性肌衰弱和广泛性的肌萎缩肌萎缩症、肌肉营养障碍症肥胖症小鼠（ob）和大鼠（fa）肥胖，饮食多，血胰岛素高肥胖症侏儒症（dw）小鼠矮小畸形、短尾、短鼻、继发性粘液性水肿内分泌如生长素和促甲状腺素研究糖尿病小鼠（db）和大鼠（di）肥胖并糖尿病、高血糖、蛋白尿、烦渴遗传性糖尿病骨骼硬化症（op）小鼠骨质硬化，骨髓消失人骨髓硬化症贫血小鼠和大鼠多种贫血贫血白内障（Cat）大鼠白内障眼科第三节常用的突变品系突变品系主要表现研究应用尿崩症（di)大鼠多尿，低渗透压遗传性下丘脑尿崩症血胆红素过多症（黄疸）（Jaudice,j）大鼠黄疸婴儿的先天性血胆红素过多综合征色素瘤性视网膜炎大鼠视网膜发育后期即开始的光感受细胞的进行性丧失人类的色素瘤性视网膜炎无脾（As）小鼠脾脏完全缺如脾脏功能、血吸虫病视网膜退化（rd）鼠进行性视网膜硬化，有色素沉着及视网膜血管闭锁人类的色素性视网膜炎针尾（Pt）突变鼠椎间盘逐龄产生快速退化人类的椎间盘突出症自发性高血压大鼠（SHR）自发性高血压高血压癫痫突变型大鼠发作癫痫人类癫痫病多种免疫缺陷小鼠无T细胞或无B细胞或无T、B细胞或无K细胞或无T、B、K细胞或无巨噬细胞免疫、血液病、器官移植、肿瘤、病毒等其它还有各类突变模型动物先天性畸形、各种肾异常、巨结肠小鼠、睾丸雌性化或假两性畸形大鼠、隐睾症、新西兰高血压大鼠、各种神经麻痹、各种中枢神经异常、苯丙酮酸尿症、自身免疫性疾病、无毛小鼠、裸小鼠、裸大鼠等。第五章杂交群和封闭群动物的特点及应用第一节杂交群动物（F1）的特点及应用一、定义和概念两个近交品系动物之间进行有计划交配所获得的仔一代动物，称之为杂交群动物或杂交一代动物，简称F1动物。如C57BL/6J和DBA/2小鼠交配后培育的第一代动物即为BDF1或B6D2F1；C57L/J和A/He交配后的第一代动物为LAF1等。但是，必须指出，实验动物“F1”与一般遗传学上所谓的F1不大一样。一般的F1根本就是杂种，其个体之间差异很大，因为其亲本本身是杂种，实验动物的F1虽然也是杂种，但是它们个体之间却很均一，也就是说，从遗传型上来看是异型接合体，而从它们个体与个体之间来看却大家都杂得一样，所以个体与个体基本上还是相同的，这是由于它们的两个亲本本身就是纯种。所以，实验动物这种的F1虽然遗传型是杂合的，但个体间的遗传型与表现型是一致的，可以适合作一般实验研究用，能获得正确的实验结果。但F1动物是不能培育纯系的，因为在仔二代（F2）时，会发生遗传上的性状分离。F1动物的生产是比较简单的，采用两个近交系进行杂交而得。子代：基因型Aa，表现型A♂AA×♀aa精子卵子AAaAaAaaAaAa例如C57BL品系小鼠基因为隐性基因（a），被毛呈黑色，C3H品系小鼠基因为显性基因（A），被毛呈野鼠色，这二者均为纯合子，相互杂交后，F1基因型和表现型均一致，但到子二代（F2）时，会发生遗传上的性状分离，因此不能用F1动物培育纯系。在F1动物生产中，必须强调的是两个亲本的互交情况要表达所用品系的性别，因为虽然同是用一样的两个近交系杂交，由于所用的雌雄不同则F1将因母体环境的不同或性染色体的不同的而有不同。二、使用F1动物的优点综合起来F1动物具有以下优点：1．具有杂交优势，生命力强，适应性和抗病力强，繁殖旺盛等优点，在很大的程度上可以克服因近交繁殖所引起的近交衰退现象。2．具有纯系动物基本相似的遗传均质性。虽然它的基因不是纯合子，但基因型是整齐一致的，遗传性是稳定的，表现型也一致，因此它基本上具有近交系动物的特点。3．对各种实验结果重复性好，精确度高。对长期实验的耐受性也大，而且对由于环境因素所引起变异的可能性也较纯系为小。杂合子使隐性有害基因的作用被显性有利基因的作用所掩盖。4．具有亲代双亲的特点。5．国际上分布广，已广泛用于各类实验研究，实验结果便于在国际间进行重复和交流。上述F1动物的特点，说明为什么有了近交系动物，还要培育F1动物。三、F1动物在生物医学研究中的应用由于F1动物具有与纯系动物基本相同的遗传均质性，又克服了纯系动物因近交繁殖所引起的近交衰退，所以受到科学工作者的欢迎，在生物医学研究中得到广泛应用。特别是在下列一些研究课题中用得更多。（一）干细胞的研究根据目前的研究，可清楚地表明，来自F1种小鼠正常的外周血的白细胞能够在受到致死性照射的父母或非常接近的同种动物中种植和繁殖，使动物存活和产生供体型的淋巴细胞、粒细胞和红细胞，这证明小鼠外周血中存在干细胞。因此，F1动物是研究外周血中干细胞的重要实验材料。（二）移植免疫的研究F1动物是进行移植物抗宿主反应良好的实验材料。可以鉴定出免疫活性细胞去除是否完全。如CBA小鼠亲代脾脏细胞经一定培养液孵育后注入CDF1（DBA/2×CBA）小鼠的脚掌，对侧作为对照，如CBA亲代小鼠免疫活性细胞去除干净时，则将不产生移植物抗宿主反应，否则相反。（三）细胞动力学研究如选用BCF1（CBA×C57BL/6）小鼠作小肠隐窝细胞繁殖周期实验；选用CDF1（DBA/2×CBA）小鼠作小肠隐窝细胞剂量存活曲线；选用DBF1（C57BL/6J×DBA/2）受体小鼠观察移植不同数量的同种正常骨髓细胞与脾脏表面生成的脾结节数之间的关系等。（四）单克隆抗体研究杂交瘤合成单克隆抗体是近年来生物医学中一项重大的突破。采用的小鼠骨髓瘤细胞系，一般都采用BALB/c品系小鼠，英国目前大多采用BALB/c和CBA杂交F1代小鼠作单克隆抗体研究，比单独用BALB/c小鼠要好，其F1代小鼠脾脏比同日龄BALB/c小鼠脾脏要大。四、F1动物系组选择和组合形式与命名（一）系组选择F1动物品质的好坏完全取决于其亲代特点，因此选择系组作杂交组合时应考虑以下条件：1．二个亲本必须都是近交品系动物，根据实验要求进行有计划的杂交。2．具有试验研究所要求的特性品系。3．两个品系间，具有较强的亲和力和较少的异质差异。其遗传特性能表现出杂交优势，系组合力强的品系。4．通过对比观察选出最理想的杂合组合。因此，一定要选出最理想的杂交品系组合，作为大量繁殖杂交F1的双亲，这是进行杂交F1繁殖的重要条件。如C3H小鼠属于高发乳腺癌品系，如将C3H雄鼠与C57BL/6雌鼠交配，可得到乳腺癌发病率低的杂交F1，是科学研究工作使用的重要动物模型。五、F1动物的命名及要求F1动物的标志方法主要是标明杂交群亲本的性别与其品系名称，习惯上雌本先写，雄本随其后，中间以“X”相连，如C3H/HeJ×AKR/J，也可记为C3HAKRF1或简称C3AKF1；反之，如为AKR/J×C3H/HeJ，则记为AKC3F1。而且以上两种杂交方式由于亲本的母系或父系不同，可产生两种杂种一代。习题：1、近交系数和血缘系数；2、近交后引起的变化；3、同源导入近交系及其命名书写方法；4、杂交群动物（F1）及其优点；第二节封闭群动物的特点及应用一、定义和和概念封闭群动物是指一个种群在五年以上既不以近交形式进行交配，也不从外部引进新种，仅在封闭条件下的一定群体中进行随机交配繁殖的动物群。目的是：1、整个群体尽量防止近亲交配而保持着遗传变异，也就是说保持动物个体间的杂合性；2、不引进外种，使群体遗传特征因基因频率不变而保持相对稳定。也就是说保持群体的一般遗传特性。至于个体间差异的程度因引种来源的不同而有不同，如引种于一般杂种，则个体间差异就大；如果引种于有近交历史的动物，则个体间差异就小。由于封闭群体本身的特点，加上客观上具有各种各样的相似存在形式，就使封闭群这个概念很混乱。有人叫“非近交群”，有人叫“非近交系”，甚至有人叫“远交系”或“远交动物”。实际上这些叫法并不是指真正的“封闭群”，而只是通常供应使用的、保持于各种饲养系统的非近交群体而已。特别是“远交”一词很容易使人理解为遗传学上的“异系交配”。因为“远交”在遗传学上是指遗传上不相关的动植物的杂交，或没有相近亲缘关系的不同家系的两个个体的交配，甚至把不同特种、不同变种的交配都看作是异系交配。而实验动物的封闭群，其个体之间并不是没有亲缘关系，甚至是很亲近的或有一定的近交。所以封闭群不应叫成上述这些名称，它们之间更不能划等号。二、封闭群的分类封闭群按其来源和遗传背景不同，可分为以下两大类：1．来源于近交系的繁殖群及其子代，不用兄妹交配方式保种进行生产的实验动物。2．来源于非近交系，不是以培育近交系为目的而生产的实验动物群。上述两种封闭群，除了在选择时应考虑繁殖力外，均不采用特殊的淘汰方法进行选种。三、封闭群动物的应用目前国内外实验动物的使用，以小鼠为例，大部分是近交系和封闭群。而从使用量上来看封闭群远远超过近交系，这是因为近交品系繁多，又不易大量生产，往往仅适用设备条件较好的研究机构或专门科技人员亲自保种使用，大大限制了其使用范围。而封闭群因为有杂合子并避免了近交，故能保持相当程度的杂合性，从而避免了近交衰退的出现。所以，其生活力、生育力都比近交系强，具有繁殖率高等遗传学的特点，因此封闭群动物可以大量生产，