实验动物遗传学及质量控制

第二讲实验动物遗传学及质量控制第一节遗传学分类第二节近交系动物第三节封闭群动物第四节杂交F1代动物第五节遗传质量监测实验动物具有明确遗传背景并严格遗传控制的动物，遗传因素会对实验结果的干扰，甚至通过改变实验动物的遗传结构，使某些特定实验能顺利开展。很多生命科学的研究，要求实验动物的遗传结构有较高的同一性、稳定性和纯合度。这就提出了实验动物的遗传质量和监测的问题。目前，实验动物已培育出众多不同品种和品系的动物，如近交系、突变系、封闭群等等。为什么实验动物要遗传学及质量监控？20世纪50年代,罗歇尔(Russel)和布鲁克(Bruch)：发育环境周围环境┌────┐↓┌────┐↓┌────┐│基因型│───∣表现型│───∣演出型│└────┘└────┘└────┘动物的基因型、表现型、演出型与环境之间的关系模式实现实验动物标准化应从控制实验动物的遗传、微生物和寄生虫、营养、环境等四方面着手。一、实验动物按遗传学控制分类近交系动物（Inbredstrains)相同基因型杂交F1代动物(F1--Hybrid)相同基因型封闭群动物(Closed--colony)不同基因型突变系动物（Mutantstrains)不同基因型第一节遗传学分类二、实验动物的传统分类方法一切动物的分类都离不开传统的生物学分类法则。每一种实验动物都可以在传统分类法中找到自己的位置。以大鼠为例,它属于:脊椎动物门—哺乳动物纲—啮齿目—鼠科—大鼠属种(species)：是动物学分类系统上的基本单位。在实验动物学中，种是指可以相互交配且后代有繁殖能力的同一种类的动物。异种动物之间存在生殖隔离。种、品种和品系的概念品种(stock)是种以下的分类单位，一般指具有一些容易识别和人们所需要的性状，而且可以基本稳定遗传的动物群体。一般用于填封闭群，如新西兰白兔、Wistar大鼠、KM小鼠等。品系(strain)在实验动物学上把基因高度纯合的动物称作品系动物，通常指近交系和突变系。例如，C57BL/6是近交系动物中的一个品系，属低癌组、高补体活性的动物。裸鼠是带有突变基因(nu/nu)的品系动物。习惯上把近交系动物称为品系，封闭群动物称为品种。动物分类学中，种(species)是分类的基本单位。而实验动物学中把同一种动物中具有不同遗传特性的动物分成不同的品种(stock)、品系(strain)。品种、品系的概念超出了一般动物学分类的概念，它们才是实验动物分类的基本单位。目前，世界各地培育着200多种共计26000多个实验动物品系，其中2607个为常规实验动物品系。我国实验动物（包括实验用动物）30种共计1100多个品种、品系，其中常规品系103个。小鼠种系资源比较遗传分类国际国内近交系430320突变系1161630基因工程品系29301000其它品系29717合计218201057引自JacksonLabwebsite大鼠种系资源比较遗传分类国际国内常规品系163710突变系3017基因工程品系2210其它品系430合计220217引自JacksonLabwebsite三、作为品种、品系的条件1.相似的外貌特征同一品系或品种具有相同的外貌特征,如毛色。但不同品系、品种的动物也有外貌相似的。BALB/c小鼠ICR小鼠2.独特的生物学特性独特的生物学特性是一个品系、品种存在的基础,在长期的研究过程中,在一些动物身上发现了所需要的不同于其他动物的生物学特性,进行定向选择,将这些特性保留下来,成为今天为数众多的品系、品种。每个品系、品种的生物学特性都有或多或少的差别。例如A品系,在经产鼠中高发乳腺癌（30-80%）;AKR品系自发淋巴细胞白血病（68%-99%）;封闭群ICR品种繁殖能力强。3.稳定的遗传性能作为一个品系，不仅要有相似的外貌特征，独特的生物学特性，更重要的是要有稳定的遗传性能，即在品系、品种自群繁殖时，能将其特性稳定地传给后代。换言之，就是一个品系、品种必须具有一定的育种价值。••••••4.共同的遗传来源和一定的遗传结构任何品系、品种都可追溯到其共同的祖先，并由此分支经选育而成，其遗传结构也应是独特的。例如，KM小鼠Glo-l位点为a基因，为单一型，而NIH小鼠在该基因呈多态分布，a、b型基因频率分别为67％和33％。如果将上述两个品种建立基因概貌就发现它们在基因概貌上的差异，而品种内这种差异是有限的。一、基本概念1.近交（inbreeding)：遗传上血缘关系较近的雌雄个体之间的近亲交配。2.近交方式：全同胞交配亲子交配半同胞叔侄祖孙等交配类型第二节近交系动物近交系数coefficientofinbreeding根据近亲交配的世代数，将基因的纯化程度用百分比来表示。理论上，随着同胞交配或亲子交配世代数的增加，近交系数上升，到20代时，近交系数可达98.6％，杂合基因仅剩1.4％。血缘系数coefficientofrelationship群体中个体之间的基因组成的相似程度用数值来表示。同卵孪生子之间的基因组成完全相同时,血缘系数为100％，子代从双亲中获得基因各一半，亲子之间的血缘系数为50％。随着近交代数增加，血缘系数相应不断升高，到第20代时血缘系数可以达到99.6%。3.近交程度：近交代数与近交系数近交代数近交系数（F）近交代数近交系数（F）10.250110.90820.375120.92630.500130.94040.594140.95150.672150.96160.734160.96870.785170.97480.826180.97990.859190.983100.886200.986举例：巴马香猪举例：版纳小耳猪（滇南小耳猪），云南农业大学曾养志教授已近交20代。至少经过20代以上的连续全同胞交配或亲子交配，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的动物群。近交系数大于99%。这种动物在自然界并不存在，是经人工专门培育而成。5.近交衰退：在近亲繁殖的实践中，通常伴随着遗传缺陷的出现，生命早亡较多，动物体质普遍较差，并且较为容易感染疾病，生产能力和隐性基因暴露增多，这个现象叫“近交衰退”。这种有害影响是由于若干对不利的隐性基因纯合造成的，如不能产生正常生活所需要的酶，或者产生不正常的蛋白质和其它化合物，或激素的不平衡。4.近交系动物的定义：衰退的原因：①随着纯合基因位点的增多，有害的隐性基因暴露增多，一般有害基因为隐性基因，其性状被正常的显性基因所掩盖，当隐性基因纯合时，常表现出遗传缺陷。②多基因平衡的破坏导致生命活动的异常。过去认为“一个基因一个酶”，忽视了基因之间的作用。现在证明基因之间有相互作用，虽然相互的影响很小，但是由于长期的自然选择、优胜劣汰的结果，使得有利生存的组合保存下来，近交使平衡关系破坏，引起异常。实践证明，近交到7～8代，最为困难，往往有断代危险，随着代数上升，可慢慢稳定。5.近交衰退：小鼠标准化遗传命名国际委员会——近交系小鼠国际命名法InternationalCommitteeOnStandardizedGeneticNomenclatureforMice《MouseNewsLetter》小鼠新闻通讯《InbredstrainofMice》近交系小鼠（1）一般以大写英文字母命名，应尽量简短，1～4个字母，例如：A、DBA。（2）有些命名可在大写字母中间加一些阿拉伯数字，如：C3H，C57BL等。（3）近交系的代数用大写的英文字母F表示，例如：当一个近交系的代数为87代时，写成（F87）。如果资料不全，可以只写已知的代数，如AKR（F?+10）。（4）有时一些较早使用的非正规命名，已广泛为国际所共识，可以沿用。如615、129、101等；而昆明种小鼠、津白I、津白II、中国1号则改为KM、TA1、TA2和C-1等。6.近交系动物的命名7.亚系(substrain):是指育成的近交系在培育过程中，由于杂合子基因的分离，基因突变的产生以及抽样误差导致部分遗传组成改变而形成遗传差异的近交系动物群。亚系分化存在以下几种情况：同一近交系在兄妹交配40代以前分离(即分支发生于F20到F40之间)，很可能由于残余杂合性而导致形成亚系。同一近交系长年处于分离状态(100代以上),可能由于突变形成亚系。已发现有遗传差异的品系产生，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)。亚系的命名在原品系的名称后加一道斜线后表明亚系的符号。1.数字名称例：DBA/1，DBA/22.培育或产生亚系的单位或人的缩写英文名称。第一个字母大写，随后字母小写。例：CBA/J3.当一个保持者保持的一个近交系具有两个以上的亚系时，可用在数字后再加保持者的缩写英文名称来表示亚系。例：C57BL/6J，C57BL/10J亚系命名方法例外情况一些建立及命名较早，且人们所知的近交系，亚系名称可用小写英文字母表示。例：BALB/c8.支系(subline):当饲养环境改变，或对动物进行某些技术性处理时，也有可能对近交系的某些生物学特征产生影响，这些特征可能是遗传性的，也可能是非遗传性的。如：代乳、受精卵或胚胎移植、卵巢移植、冷冻保存和人工哺乳等。这些处理在某些实验中会影响实验结果，因此有必要对同一品系或亚系进行区分，这些经过处理的动物可视为这些近交系或亚系的支系。1.经人为技术处置形成的支系，应在原品系名称后附加一个小写英文字母标明处理方式。具体符号：精子移植e;卵巢移植o;奶母代乳f;人工喂养h;人工喂养+奶母代乳fh例：C3HfC57BL/6，表示由C57BL/6品系代乳的C3H近交系2.由引种形成的支系，在原品系或亚系名称后加一斜线，然后标明引入单位的英文缩写名称。例：NC/S3.用代乳等人为技术处置的目的之一是去除或植入垂直感染的病毒。当去除或植入的病毒十分明确时，用下面方法表示。在品系名称后加一横线，以大写英文字母标明病毒的名称，最后加上一个“+”或“-”的符号分别表示植入或去除。例：C3H/HeN－MTV+支系的命名9.常用小鼠近交系名称缩写品系名缩写品系名缩写AKRAKC57BL/10B10BALB/cCC57BRR111CBACBDBA/1D1C3HC3DBA/2D2C57LLHRS/JHRC57BL/6B6STSS常用英文缩写符号ICLAS国际实验动物科学委员会(InternationalCommitteeofLaboratoryAnimalScience)WHO世界卫生组织（WorldHealthOrganization）NIH或N美国国立卫生研究所（NationalInstituteofHealth）COBS以无菌手段剖腹取出后饲养在屏障环境的动物（ceasarearoriginatedbarriersustaied）An美国国立肿瘤研究所H.B.Andewont博士BirBirmingham大学肿瘤研究所ICR美国国立肿瘤研究所(InstituteforCancerResearch)Gro荷兰Groningen大学遗传研究所J或Jax美国杰克逊实验室（JacksonMemoriaiLaboratory）JCR日本国立肿瘤研究所(JapanNationalInstituteforCancerResearch)Lac英国医学研究委员会（MedicalResearchCommittee,MRC）实验动物中心(LaboratoryAnimalCentre,Lac)二、近交系动物的特性1、同和性在一个近交系内所有动物的所有基因位点都是纯合子，个体之间、祖代个体与后代个体之间都是纯合子。2、同基因性一个近交系中所有个体在遗传上是同源的，所有个体都可追溯到一对共同祖先。个体之间可进行器官移植、皮肤移植、肿瘤移植。3、一致性近交系动物任何可遗传的体征都是一致的，如血型、组织型、形态上的特征、行为的类型。如个体间出现差异，是环境不均一造成的。二、近交系动物的特性4、长期的遗传稳定性近交系动物在遗传上是稳定的。遗传变异或