1、第二章 实验动物的遗传学质量控制,第一节 实验动物的遗传学分类,从遗传观点讲，实验动物应是遗传限定的动物，根据基因的纯合程度实验动物可分为近交系、封闭群、杂交群。相同基因型： 近交系： 同源突变近交系同源导入近交系分离近交系重组近交系杂交群： 杂交F1代不同基因型： 封闭群： 远交种突变种,实验动物品种、品系,1.种：动物“种”（species）是生物学分类的最基本单位，而在实验动物中，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。 2.实验动物品种（stock，breed）：一般指具有一些容易识别和人们所需要的性状，而且是可以稳定遗传的动物群体。通常把封闭群动物称为品种，如新西兰白兔、
2、KM小鼠等。 3.品系（strain）：实验动物学上把基因高度纯合的动物称为品系动物，通常指近交系、突变系动物。,作为一个品种、品系应 具备的条件,相似的外貌特征 如KM品种，BALB/c品系小鼠毛色为白色，C57BL/6品系毛色为黑色。 独特的生物学特性 稳定的遗传性能 一个品种或品系必须具有一定的育种价值，杂交F1代繁殖后代时，性状发生分离，不能成为一个品系。 具有共同的遗传来源和一定的遗传结构 任何品种和品系都可追溯到其共同的祖先，并由此分支经选育而成。,第二节 近交系动物,一、基本概念 近交：遗传上血缘关系较近的雌雄个体之间的近亲交配。 近交类型： 纯交：相同基因型个体之间的交配，AA
3、AA 回交：纯合子与杂合子之间的交配，AaAA 互交：相同杂合子之间的交配，AaAa,近交程度的表示 近交系数：指群体中某个个体通过遗传携带两个同源等位基因的概率。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。 公式:Fn=1-(1-F)n 100%全同胞 F=19.1%同父异母 F=11.0%堂兄妹 F=8%亲子交配 F=19.1% 血缘系数：群体中个体之间的基因组成的相似程度用数值来表示。一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
4、子之间的血缘系数为50。,近交引起的变化：自然界的动植物的遗传上一般都是杂合子，所以培养近交系动物都来源于杂合体，通过长期近亲交配后，动物的杂合性逐渐降低，其纯合性逐渐升高，以致动物的表型趋向一致。 近交引起的不利影响是近交衰退，其原因是多方面的。一般认为主要是由以下两方面：（1）隐性有害基因的暴露（2）破坏多基因平衡。近交衰退 ( inbred inflation )：指在近交过程中动物群体由于基因分离和纯合而产生的不利于个体和群体发育的现象。 近交衰退包括：1.由于有害隐性基因的纯合，出现遗传缺陷或某种疾病发生率的提高。2.影响繁育如产子数下降、母性不良。3.个体发育不良，对环境的适应性差
5、。,近交系动物的概念,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。,亚系和支系的概念 亚系（substrain）的形成：育成的近交系可能由于残余杂合性和突变导致部分遗传组成的改变。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。 通常下述三种情况会发生亚系分化: 1）在兄妹交配代数达40代前形成的分支（即发生于F20F40之间）；2）一个分支与其他分支分开繁殖超过100代突变所致；3）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（genetic
6、 contamin-ation ）（即一个近交系与非本品系动物之间杂交引起遗传改变）。由于遗传污染形成的亚系，通常与原品系之间遗传差异较大，因此对这样形成的亚系应重新命名。例如由GLaxo保持的A近交系在发生遗传污染后，重新命名为AZG。,遗传污染：是指最常见的实验动物管理事故，通常是由于其他品系动物与本 品系动物发生交配所致。 遗传漂变：是指一个品系动物基因型在饲养过程中可能发生的随机改变，这种改变多由于近交系动物残留杂合基因分离，造成了亚系的形成。 突变：由于动物基因组中某个核苷酸残基的置换、缺失或插入，引起一个等位基因的改变。,支系的形成：一个近交系或亚系内部，由于非常可能存在环境的、母
7、方的或细胞的差异，或者也许不是非常可能存在遗传上的差异时，则这个近交系或亚系出现支系。人为技术处理：如卵巢移植（o）、人工喂养（h）、代乳（f）、受精卵或胚胎移植（e）、冷冻保存（p）等。种群转移到新的保持者：如引种到另一实验室。,二. 近交系动物的特征,遗传基因位点的纯合性 遗传组成的同源性 遗传组成的独特性 长期的遗传稳定性 遗传组成的可分辨性 表型的一致性 对外界因素的敏感性 生活力下降 国际分布广泛 背景资料 生产饲养成本高,常用近交系品系 1、BALB/cAnN遗传背景：1923年Mac Dowell近交26代引到Snell（加/c）1935年引到Andervont（An：美国国立肿
8、瘤研究所Andervont 博士）1951年72代引到NIH。2、C57BL/6J/Ola遗传背景：1921年Little获得C57BL，1937年分成两个亚系C57BL/6和C57BL/10，1974年从JAX引种到LAC，1983年引种到 OLAC（英国牛津实验动物场）。,3、DBA/2N遗传背景：1909年Little培育，1951年由JAX引到NIH。淡棕色。4、C3H/He/Ola遗传背景：1920年Strong培育，1930年引到Andervont近交35代后，于1941年引到Heston，1978年引到OLAC。野鼠色。,6、CBA/J/Ola遗传背景：1920年Strong培育
9、，1947年引到Andervont近交35代后，于1948年引到JAX，1983年引到OLAC。野鼠色。,三近交系动物的分类及各种 近交系动物的应用,近交系包括:普通近交系重组近交系同源突变近交系同源导入近交系分离近交系,（一）普通近交系,基本概念：通过至少（或相当）连续20代以上兄妹或亲子交配之后培育而成应用： 节省样本量 组织细胞或肿瘤移植实验：个体间相容性一致 隐性纯合基因的暴露，获得先天性畸形及先天性疾病的动物模型，如糖尿病、高血压等。 某些品系自发或诱发肿瘤，成为肿瘤病因学，肿瘤药理学模型。 多个近交系同时使用，分析不同的遗传组成对某项实验结果的影响，或观察实验结果是否具有普遍意义。
10、,（二）重组近交系,概念 重组近交系：两个无血缘关系的近交系杂交后得到F2代，分组分别经连续20代以上的兄妹交配而育成的近交系列组动物。 祖系：为重组近交系提供亲代的两个近交系。 应用 重组近交系对祖系间有差异的性状和基因进行遗传分析是非常有用的实验材料。 1、分离分析 2、连锁分析 3、功能分析,（三）同源突变、同源导入、 分离近交系,同源近交系： 在一个普通的近交系中，几乎所有基因位点上都带有相同的基因，如果两个近交系除了个别位点上携带的基因不同外，其它位点上的基因都一样，称这两个近交系是同源的，即遗传上相同，称个别不同的基因为差异基因。,1.同源突变近交系,两个近交系除了一个指明位点等位
11、基因不同外，其它遗传基因全部相同的品系。即是某个近交系在某基因位点上发生突变而分离出的近交系亚系，与原近交系的差异只是发生突变的基因位点上带有不同的基因，而其它位点上的基因完全相同。同源突变近交系有别于通常所说的近交系亚系分化，因为这里的突变相当明确地改变了原近交系的组成。,2.同源导入近交系,概念：通过基因导入的方法将一个目的基因导入某个近交系的基因组内，由此形成的一个近交系与原来的近交系只是在一个很小的染色体片段上基因不同。 供系：提供目的基因的品系。 配系：接受目的基因的品系，配系必须是近交系，供系可以是任何一种基因类型的动物。,3.分离近交系,在培育近交系的过程中，采用一定的交配方法，
12、迫使个别基因位点上的基因处于杂合状态，则分离出该基因位点上带有不同等位基因的两个近交系亚系。,4.同源近交系的应用,在同一遗传背景下比较某基因位点上不同等位基因的遗传效应。 在不同遗传背景中研究同一基因与遗传背景及其它基因的关系。 消除杂合遗传背景对某些突变基因表达的影响，以获得更为稳定的实验动物模型。 对复杂的多基因性状进行遗传分析。,四. 近交系动物的命名,普通近交系的命名 1.一般用14个大写英文字母表示，如A、AKR、DBA 2.大写英文字母结合数字，如TA1、TA2、C3H、C57BL 3.非正规命名已为国际广泛认同可保留沿用，如129、615 4.近交代数表示：品系名称+F+近交代
13、数，如A（F78），若资料不全，在已知代数前加？，如AKR（F？+10）。若从其他实验室引入的近交系或亚系，又经自己的实验室繁殖若干代，其近交代数的表示是在F后先标明引入时的代数，再加上自己实验室繁殖的代数，如C57BL/Jnga(f73+26)。 5.品系优先权：任何品系命名应参照国际命名委员会的规则，若出现两个品系符号相同，则保留先正式公布者。,亚系和支系的命名,亚系命名原则是在品系名称后加斜线号，再加上数字或培育者名称缩写，或者以数字开头与缩写同时使用，如A/He(F87)是指近交到87代由Heston培育的A品系的亚系。,支系命名原则是在品系（亚系）名称后加双斜线号，再加上数字或培育者
14、名称缩写，双斜线号也可省略。如：C57BL/6J/Lac表示由英国实验动物中心Lac维持的支系 品系经过技术上的处理，用小写英文字母作为相应符号来表示。如代乳、受精卵转输、卵巢移植等。C3HfB，AeB，AOB,重组近交系的命名,重组近交系的命名是在两个祖系名称之间加上X，同一系列中不同的近交系在其后面加连字号，再加数字。如AKR和C57BL杂交培育的一系列重组近交系可命名为AKXB-1，AKXB-2，AKXB-3等。,同源突变近交系的命名,品系名称后连字号和基因符号如C57BL/6J-bg表示C57BL/6J携带bg基因，如果突变基因是杂合的，用“+”代表野生型基因， C57BL/6J-bg
15、 /+，如果基因是纯合的，则表示为C57BL/6J-bg/bg。同源突变近交系的代数用M表示， C57BL/6J-bg(F58+M+F20)表示在58代时发生突变，然后又进行20代近交。,同源导入近交系的命名,在品系名称后加“”和供体名称缩写，再加连字号和目的基因符号，如B10 129-H-2b表示以C57BL/10品系为遗传背景，携带来自129品系H-2b基因的同源导入近交系。 如果供体不是近交系，可以不加以命名，例如BLAB/c-nu/+表示携带杂合nu基因的BLAB/c品系，nu基因来自于非近交系。,分离近交系的命名,品系名称后连字号和杂合基因符号，如DW-dw/+表示DW品系在dw位点
16、是杂合的。,五.近交系动物的繁殖方法,（一）引种：作为繁殖所用的原种的近交系动物必须遗传背景明确，来源清楚，有较完整的资料（包括品系名称、近交代数、遗传基因特点及主要生物学特征等）。 （二）繁殖：继续保持兄妹交配方式。近交系动物的繁殖可分为基础群、血缘扩大群、生产群。当近交系动物生产供应数量不大时，一般不设血缘扩大群，仅设基础群和生产群。,1.基础群,设基础群的目的：一是保持近交系自身的传代繁衍；二是为扩大繁殖提供种动物。 基础群严格以全同胞兄妹交配方式进行繁殖。应设动物个体记录卡（包括品系名称、近交代数、动物编号、出生日期、双亲编号、离乳日期、生育记录等）和繁殖系谱； 基础群（包括血缘扩大群
17、）动物不超过57代都应能追溯到一对共同祖先。,2.血缘扩大群,血缘扩大群的种动物来自基础群。以全同胞兄妹交配方式进行繁殖；也应设个体繁殖记录卡；血缘扩大群动物不超过57代都应能追溯到其在基础群的一对共同祖先。,3.生产群,设生产群的目的是生产供应实验用近交系动物。生产群动物来自基础群或血缘扩大群。生产群动物一般以随机交配方式进行繁殖；应设繁殖记录卡；生产群动物随机交配代数一般不应超过4代，所以要不断从基础群或血缘扩大群向生产群引入动物，确保基础群与生产群动物的血缘关系和遗传一致性。这种方式也有人称为红绿灯制度，即第一代为白标签，第二代为绿标签，第三代黄标签，第四代为红标签，不再继续繁殖。应注意
18、生产的动物要全部作为实验用动物提供，不得留种，种子动物从扩大群中引入。,近交系动物的生产过程,兄妹交配,随机交配 （四代）,随机交配 （四代）,兄妹交配,兄妹交配,兄妹交配,供应,六. 近交系动物的维持,群体内必须严格按照全同胞交配方式进行，保持近交系群体的遗传均一性不遭到破坏和防止遗传漂变。 已经育成的近交系不得与其他品系杂交。 近交系有特异的遗传特性，适用于特定的研究，保种过程中不许产生更多亚系。 近交繁殖力低，选择繁殖力高的，淘汰繁殖力低的家系。 对个体进行详细记录，如近交代数、双亲编号、出生日期等。,第三节 封闭群动物,一、群体的遗传结构1、基因频率( alleles frequenc
19、y )：在一个二倍体群体中某一基因对其等位基因的相对比率(p、q)。 2、基因型频率(genotype frequency )：一个 群体中某一性状的各种基因型间的比率(D、H、R)。基因频率与基因型频率的关系P=D+1/2H q=R+1/2H 3、随机交配( random mating )：在一个有性繁殖的生物群体中，任何一个雌性或雄性的个体与任何一个相反性别的个体交配的概率都相等。,Hardy-Weinberg定律：1、在随机交配的大群体中，如果没有突变、选择和迁移，则群体每一世代的基因频率保持不变。2、任何一个大群体，无论其基因频率如何，只要经一代随机交配，基因型频率达到平衡。3、平衡状
20、态下D=p2 H=2pq R=q2,二、封闭群动物的概念 封闭群：以非近亲交配方式进行繁殖生产的实验动物种群，在不从外部引入新的个体的条件下，至少连续繁殖4代以上，称为封闭群，亦称为远交群。封闭群按其来源和遗传背景不同，可分为两类： 来源于近交系的封闭群及其子代，不用兄妹交配方式保种来进行生产的实验动物；来源于非近交系，不是以培育近交系为目的的而生产的实验动物群。 远交种：一个长时期于外界隔离，雌雄个体之间能够随机交配的动物群，其遗传组成比较接近于自然状态下的动物群体结构。常见的远交种动物有ICR小鼠、NIH小鼠、SD大鼠、新西兰兔、Wistar大鼠等。 突变种：携带个别突变基因的封闭群，这些
21、突变可能以纯合或杂合形式存在于封闭群中。,特点：1、一定的杂合性：不引入新的基因，又不使群体内基因丢失。2、相对的稳定性：群体在一定范围内保持相对稳定的遗传特征。3、个体差异取决于祖代动物。4、较强的繁殖力、抗病力。5、群体易保存有模型价值的突变基因。,封闭群动物的命名,远交种的命名：1. 一般用2-4个大写字母表示， 如ICR、NIH小鼠2. 习惯用法，如Wistar大鼠，New Zealand White兔3. 在大写字母之前加上一个大写字母和3个小写字母构成的培养者或保留者的符号，并且与品系名称用冒号隔开，如Lac:LACA是由英国实验动物中心保持的LACA小鼠，N:NIH是由美国国立卫
22、生研究院保存的NIH小鼠。 突变种的命名：在远交种命名的基础上加上适当的基因符号（斜体），如N:NIH-nu/nu是由美国国立卫生研究院保存的带有纯合裸基因的NIH小鼠。,封闭群动物（远交种）的遗传组成具有很高的杂合性，类似于人类群体遗传异质性的遗传组成，用于人类遗传学研究、药物筛选、毒物试验，生物制品和化学药品的鉴定等方面。 封闭群动物（远交种）具有较强的繁殖力和生活力，饲养繁殖不需详细的谱系记录，易于管理，广泛用于教学、预试验和一般实验。 封闭群动物的突变种携带的突变基因通常可导致动物某些方面的异常，成为生理学、胚胎学和医学研究的模型。如高血压大鼠。,封闭群动物的应用1、类似人群体遗传的异
23、质性组成，在药物筛选、毒性试验方面有不可替代的作用。2、可大量供应，用于预试验、教学。3、用于携带突变基因。,封闭群动物的繁殖方法,（一）引种：作为繁殖用原种的封闭群动物必须遗传背景明确，来源清楚，有较完整的资料（包括种群名称、来源、遗传基因特点及主要生物学特征等）。为保持封闭群动物的遗传异质性及基因多态性，引种动物数量要足够多，小型啮齿类封闭群动物引种数目一般不能少于25对。,（二）繁殖原则,当封闭群中每代交配的雄种动物数目为10-25只时，一般采用最佳避免近交法，也可采用循环交配法。 当封闭群中每代交配的雄种动物数目为26-100只时，一般采用循环交配法，也可采用最佳避免近交法。 当封闭群
24、中每代交配的雄种动物数目多于100只时，一般采用随选交配法，也可采用循环交配法。,（三）繁殖方法,1.最佳避免近交法留种时，每只雄种动物和每只雌种动物，分别从子代各留一只雄性动物和雌性动物，作为繁殖下一代的种动物。动物交配时，尽量使血缘关系较近的动物不配对繁殖，编排方法尽量简单易行。分两种情况： （1）对于大、小鼠等生殖周期较短，易于集中安排交配，可按下述方法编排配对进行繁殖：,最佳避免交配法的交配编排,（2）对于某些动物品种：如狗、猫、家兔等，生殖周期较长，难于按以上方式编排交配，只要保持种群规模不低于10只雄种，20只雌种的水平，留种时每只雌、雄动物各留一只子代的雌、雄动物作种用，交配时尽
25、量避免近亲交配，则可以把繁殖中每代近交系数的上升控制在较低的程度。,2.循环交配法,循环交配法广泛适用于中等规模以上的实验动物封闭群。其优点一是可以避免近亲交配，二是可以保证种用动物对整个封闭群有比较广泛的代表性。具体实施办法是将封闭群划分为若干个组，每组含有若干个繁殖单位（一雄一雌单位、一雄二雌单位、一雄多雌单位等）。安排各组之间以系统方法进行交配，编排方法可参照最佳避免近交法的交配编排。,3.随选交配法,当封闭群的动物数量非常多，不易用循环交配法进行繁殖时，可用随选交配法。即从整个种群中随即选取种用动物，然后任选雌雄种动物交配繁殖。,封闭群动物的维持,要维持好一个封闭群，在自繁过程中，必须
26、防止小群体近交。 保持群体有效大小在50只以上。 选种时，同窝（架）留单一性别，雌雄分别编组，各组按随机交配在整个群体中进行，避免产生群体内隔离状态。 按以上交配方法使每世代的近交系数上升率小于1，从而保证群体遗传的稳定性。,第四节 杂交群动物,基本概念 杂交群：两个或两个以上品系动物之间交配产生的后代。由两个无关的近交系杂交繁殖的第一代动物称为杂交F1代动物。实验动物学所说的杂交群通常是杂交F1代动物。 亲本品系：两个用于生产杂交F1代的近交系。提供雄性的为父系，提供雌性的为母系。,杂交群动物的命名,杂交F1代的命名:母系符号X父系符号F1，顺序不得颠倒。如C57BL/6XDBA/2F1表示
27、以C57BL/6为母本、以DBA/2为父本的杂交F1代动物，也可缩写为B6D2F1。有时中间X可省略，把两个品系名称按雌性顺序写一起，再加上F1。如C3HXAKRF1可写为C3HAKRF1。,杂交群动物的繁殖方法,杂交群动物的繁殖只是将两个用于生产杂交F1代动物的亲本品系或种群进行交配，所得子代即为杂交F1代动物。 F1代动物直接用于实验，不能留种。亲本规模大小可根据F1动物的需要量来决定。需要说明的是， F1代动物互交后的子代F2代动物，在个别的科学研究中时有应用。各种杂交方式如下：,各种杂交方式,杂交F1代动物的维持,杂交F1代动物的亲本必须是近交系动物，按实验的要求进行计划杂交，杂交的子
28、代只能作实验用，不能作为种用，如果要生产杂交F1代动物，只能维持两个亲本近交系的存在。 作为亲本品系近交系的选择主要取决于实验研究对杂交F1代遗传组成的要求，在这个前提下，可以选择遗传上差异较大的品系进行杂交以提高杂交优势的程度。如C3HXC57BL/6F1与C57BL/6XC3HF1的不同。,杂交群动物的特点及应用,遗传和表型的一致性：广泛用于营养、药物、病原和激素的生物学评价。 基因型一致：可接受个体间、亲本品系细胞、组织、器官、肿瘤移植，用于免疫学、发育生物学研究。 杂交优势：适用于携带保存某些有害基因和长时间的慢性致死实验，可作为代乳动物，卵、胚胎、卵巢移植的受体。 国际分布广泛：实验结果便于国际上进行重复和交流。 某些疾病研究的模型 干细胞、移植免疫、单克隆抗体的研究 细胞动力学研究,本章小结,品种、品系概念 近交系、封闭群、杂交群动物的概念 近交系动物的分类及其概念 近交系动物的命名 近交系动物的特点及应用（普通近交系） 杂交群动物的命名、特点及应用,
