杂交群和封闭群动物的特点及应用

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1．定义：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，称之为杂交群动物（Hybridstrain）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。2．概念：F1是Firstfilialgeneration的简称，即“杂交一代”或“子一代”，也叫“杂种一代”。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，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，因为在子二代（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。将两个基因型不同的近交品系纯合子作为亲代，互相交配所产生的子一代即可形成F1动物。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动物的优点近交系动物在遗传上是均质的，故可获得精确度很高的实验结果，在医学研究上具有重要价值。为什么还要繁殖由两个不同近交系进行杂交所得的F1动物呢？这是因为近交系动物与杂种动物相比，生活力、支疾病的抵抗力以及对慢性实验的耐受性的等都较差，对环境变异的适应能力也较差，而且也较难繁殖和饲养。在一般设备条件下，如果要进行慢性实验，需要长期观察，假使动物半途死亡，则实验就不能取是如期的效果。反之，F1由于表现杂交优势，就多少克服了纯系的缺点，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。因此F1动物与近交系动物一样，它们具有遗传均一性，但生活力强，经过杂交，从一亲代来的隐性有害基因与另一亲代来的显性有利基因组合，成为杂合子，隐性有害基因的作用被显性有利基因的作用所掩盖，而出现杂种优势。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。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。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，是优发展F1动物的。鉴于我国当前的物质条件，应当很好发展F1的生产，宣传其科学价值。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）干细胞的研究外周血中的干细胞是组织学中的老问题，大部分人认为大淋巴细胞或原淋巴细胞相当于造血干细胞。但在某些动物中，尽管在外周循环中发现有大淋巴细胞，偶尔有原淋巴细胞，一般也不认为有干细胞的存在。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（Graft-Versus-HostReaction，简称GVHR）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）小鼠的脚牚，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。也可采用C57BL/6脾脏细胞悬液经一定培养液孵育后注入BCF1（CBA×C57BL/6）小鼠腹腔，观察脾/体比值，或用2月龄DBA/2小鼠脾细胞经一定培养液孵育后注入CDF1（DBA/2×CBA）小鼠腹腔，测定其死亡率，鉴定免疫活性细胞的去除情况。（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）小鼠作不肠隐窝细胞剂量活存曲线；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变。采用的小鼠骨髓瘤细胞系，一般将来自BALB/C品系小鼠，由此获得的杂交瘤的细胞注入该小鼠腹腔后，即可生长肿瘤，同时产生高效价抗体的腹水。若BALB/C小鼠对一特定抗原不产生最适免疫应答反应时，也可改用C57BL/6或NEB等品系小鼠。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．其遗传特性能表现出杂交优势，系组合力强的品系。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。4．通过对比观察选出最理相的杂合组合。只有选择具有这些条件的品系进行杂交，才能使其遗传变异控制在最小程度。因此在决定杂交组合之前，一定通过不杂交组合的对比观察，从中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。用于实验研究的杂交F1，主要是两个近交系之间的杂交所生F1，如C57BL/6×C3H/He的F1基因型为aaBbCc，BALB/C×DBA/2的F1基因型为AabbCc。又如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、交配方法繁殖杂交F1小鼠的目的，是为了能在一定时间内提供较大量的遗传均一的实验动物，因此交配方法最好采用循环交配或定期交配进行生产。这种交配方法，可使90～95%的小鼠在居后第一个发情期怀孕，因此各胎生产周期比较集中，提供数量较多，体重和年龄较为接近，是比较科学的交配方法.六、F1动物的标志方法及要求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，如C3H/HeJ♀×AKR/J♂可记为C3HAKRF1或简称C3AKF1；反之，如为AKR/J♀×C3H/HeJ♂，则记为AKC3F1。亲本品系名称和缩写方法完全与近交系相同。对F1动物的要求：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．杂交的仔代只能作实验用，不能作种群用，而且只有杂交后的仔一代才有应用价值。3．在命名书写时雌本品系在前，雄本品系在后。七、国际上常用的F1动物1．AKD2F1AKR×DBA/22．BA2CF1C57BL×A2G3．BCF1C57BL×BALB/C4．BCBAF1C57BL×CBA5．BC3F1C57BL×C3H6．B6AF1C57BL×6×A7．B6D1F1C57BL/6×DBA/18．CAF1BALB/C×A9．CAKF1BALB/C×AKR10．CBA-T6D2F1CBA-T6×DBA/211．CB6F1BALB/C×C57BL/612．CCBA-T6F1BALB/C×CBA-T613．CC3F1BALB/C×C3H14．CD2F1BALB/C×DBA/215．CLF1BALB/C×C57L16．C3BF1C3H×C57BL17．C3D2F1C3H×DBA/218．C3LF1C3H×C57L第二节封闭群动物的特点及应用一、定义和和概念（一）定义封闭群动物是指一个种群在五年以上不从外部引进新种，仅在固定场所的一定群体中保持繁殖的动物群。（二）概念封闭群（Closedcolony）的正确概念是指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着遗传变异，也就是说既保持群体的一般特性，又保持动物的杂合性。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”（Non-inbredcolony），有人叫“非近交系”或“非近交品系”（Nou-inbred），甚至有人叫“远交系”、“远交株”或“远交动物”（Outbredanimals）。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。ICLA在1963年和1964年曾规定：“不从外部进行引起的群体为封闭群”，这是最基本的。日本实验动物研究会于1973年又进一步规定：“五年以上不从外部引种，只在一定的群体中进行繁殖，为经常提供实验动物而进行生产的群体叫做封闭群”。实际上对封闭群的全面理解应该包括封闭年限、群体大小及繁殖结构等。一般认为封闭群是指引种于某亲体或同源亲本的动物。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，不用兄弟姐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。如系来源于近交系的封闭群，虽然对繁殖群的的大小不作特殊规定，但应采取在群体内不产生隔离状态的方法繁殖。如系来源于非近交系的封闭群，应经常保持“群体的有效大小”，一般为50只以上，同样应采取群内不产生隔离状态的方法繁殖。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，作为鉴定实验用。例如ddN小鼠、NIH小鼠、LACA小鼠、Wistar大鼠以及目前各研究所长期自行繁殖的瑞士种小鼠、青紫兰兔、新西兰白兔、大耳白兔、豚鼠等均属此类。这类动物在生物制品和化学药品的鉴定上，其反应稳定性远远优于市售动物，特别是作为热源质试验