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1、第三章实验动物的遗传及质量控制,实验动物遗传学的基本概念：品种、品系、近交系动物、系统杂交动物、亚系、支系。实验动物的遗传学分类和各类实验动物的特点和应用。各类实验动物的命名原则。实验动物的遗传质量控制,第一节 实验动物的遗传学分类,一、实验动物的分类：实验动物学是动物学的分支，实验动物的自然分类仍沿用动物学的分类方法。每一种实验动物都可以在传统分类法中找到自己的位置。如小鼠属于脊椎动物门，哺乳纲、啮齿目、鼠科小鼠属动物。,1、按遗传限定动物的分类 实验动物作为遗传限定的动物(Genetic Defined Animal)可按以下原则分类：,列入遗传限定的实验动物有：小鼠、大鼠、豚鼠、地鼠、兔
2、、鸡.,2、分类的目的：为选择、使用实验动物从遗传学的角度提供便利条件。（1）移植免疫学:除了应考虑选择动物的种属外，还应考虑实验动物的遗传类型，应选择适于外科操作、又具有相同基因类型的动物（2）药物安全评价研究：应选择容易获得较多数目而接近于自然生命群体遗传结构特点的动物群。实验动物根据遗传特征将动物在“种”以下细分为品种（Breed）和品系(Strain)；有些品系还可细分为亚系或支系。,二、实验动物品系、品种的概念,1、品种：根据不同需要而对同一“种”的动物进行改良、选择（即定向培育），并具有某种特定外形和生物学特征，并能较稳定地遗传性的动物群体。如新西兰兔、青紫兰兔和日本大耳白兔等品种
3、兔。,二、实验动物品系、品种的概念,2、品系：指来源明确，并采用某种交配方法繁殖，而具有相似的外貌、独特的生物学特征和稳定的遗传特性，可用于不同实验目的的动物群体。如近交系、封闭群（远交系）、突变系、系统杂交动物等，（近交系中有品系、封闭群有品种）。,3、实验动物的一个品系、品种应具备一定条件：,1)、相似的外貌特征：C57BL/6品系的毛色是黑色的；DBA/2品系的毛色是灰色的；KM品种的毛色是白色的。相似的外貌特征只是品系、品种应具备的条件之一；不同品系、品种的动物也有外貌相似的 如A、KM等十几种品系、品种动物的毛色都是白色，但它们在其它条件上是有区别的。,BALBc,ICR,2)、独特
4、的生物学物性：（一个品系、品种存在的基础）白化小鼠而言多达几十种，但每个品系、品种的生物学特性都有或多或少的差别。A品系高发乳腺肿瘤、对致癌物质敏感、易产生肺癌、老年鼠多有肾脏病变；AKR品系自发淋巴细胞白血病；ICR品种繁殖能力强。,3)、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。,4)、具有共同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:KM小鼠Glo1位点为a基因单一型，而NIH小鼠在该位点基因呈多态性分布，a、b型基因频率分别为67%和33%。将上述两个品种建立遗传概貌分析，发现它们在遗传概
5、貌上的差异，而同一品种内这差异是有限的。,第二节 近交系动物,一、近交与近交系 1、近交(inbred)：从一个动物群体中选用血缘关系比较接近的雌雄个体（即有共同祖先的兄妹、母子、父女）进行交配，此种近亲交配的方式称为近交。2、近交系动物（inbred strain animal）：全同胞兄妹之间或亲代与子代之间连续交配繁殖达20代以上培育而成，品系内所有个体都可以追溯到起源于第20代或以后代数的一对共同祖先。如BALB/c 小鼠、C57BL/6J,近交系数(Coefficients of Inbreeding)通过近交，群体中个体间携带两个同源等位基因的概率，即纯合子增加的百分数 Fn=1-
6、(1-F)n Fn为近交系数 n 为近交代数 F为近交系数代递增率,不同近交方式，F不同小鼠同胞、亲子交配，F为19.1%，半同胞交配，F为11.0%堂兄妹交配，F为8.0%同胞兄妹连续20代交配的近交系数为 F20=1-(1-0.191)20=98.6%,519,二、亚系和支系 1、亚系(substrain)：在一个近交系内，因残余的杂合基因或基因突变等原因，可导致该系动物形成数个具有部分遗传组成有差异的分支。如DBA/1与DBA/2。,二、亚系和支系 2、支系(subline)：品系或亚系经过人工技术处理后称为支系。将实验动物引种到另一实验室；经过某种技术处理，包括代乳、受精卵或胚胎移植、
7、卵巢移植、人工喂养和冷冻保存等，都可视为支系。（原因：饲养环境改变或技术处理，可能对动物的某些生物学特征产生影响。这些特征可能是遗传性或非遗传性的，因此有必要对这一类品系进行区分。）,三、特殊类型的近交系动物（一）同源突变近交系(Coisogenic inbred strain)：指两个近交系，除了一个指明的基因位点因突变而不相同外，其他遗传基因全部相同的品系。如C57BL/6J-nu。（近交系亚系）（二）同源导入近交系(Congenic inbred strain)通过多次杂交-互交或者回交等方式将某一基因导入某近交系中形成的新的近交系（称同类系）。这个新的近交系与原近交系仅在一个很小的染色
8、体片段上的某一基因不同。,（三）分离近交系(Segregating inbred strain)在培育近交系时，采用特定的交配方法，使个别基因位点上的基因呈杂合状态，从而培育出带有不同等位基因的近交亚系。（四）重组近交系(Recombinant inbred strain,RI)两个无关的近交品系杂交后产生F1代，再互交生育F2代，然后连续兄妹交配20代以上，培育而成的近交系。,重 组 近 交 系,通常从F2代平行培育出一系列重组近交系,四、近交系动物的命名,国际上已规范近交系的命名，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来表示。（一）品系代码(strain code)近交
9、系动物通常以一个或数个大写英文字母表示，大写英文字母,如A、DBA、NMRT等。大写英文字母加数字命名，如C57、BL、C3H；数字,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。,(四、近交系动物的命名),（二）同源突变近交系命名 在品系全称后加横线“-”再用斜体字标上突变的等位基因符号.如C57BL/6J-nu,表示C57BL/6携带突变的nu基因,（三）同源导入近交系命名 第一亲本品系缩写在前，中间加“.”，后跟供给基因片段的第二亲本品系.如：B10.129-H-12b 表示以B10为遗传背景，
10、携带来自129/J的H-12b基因的同源导入近交系。(四）重组近交系命名 以“”连结两亲本品系的代码，母本在前，父本在后 如AKRB、AKRB-2,表示AKR和C57BL/10杂交培育的一系列重组近交系。,(四、近交系动物的命名),（五）亚系命名 在品系名后加斜线“/”，再写亚系的号码或育种人（保种单位）缩写符号，其中第一个字母大写，随后小写。如A/He,代表A系的Heston亚系。近交20代以后形成的亚系，以阿拉伯数字表示。如DBA/1、DBA/2。近交系形成以前分离的亚系通常以小写字母 表示，如BALB/c。,(四、近交系动物的命名),（六）支系命名 在原品系后附加1个小写英文字母1、代乳
11、后的品系：代码后加“f”(即foster nursing)，再乳品系名称；如C3HfC57BL：表示 C3H品系由C57BL近交系代乳。2、受精卵(egg,e)和卵巢(ovary,o)移植后培育的品系：在品系全称后加“e”或“o”，再写上接受受精卵或卵巢移植术的品系名称；如AeB6：A系的受精卵在C57BL/6J子宫孕育的品系,(四、近交系动物的命名),（六）支系命名 3、移植胚胎经冷冻保存的品系：在品系名称后加“p”(freeze preservation)，再加“e”，并写上接受受精卵移植术的品系名称；如C57BL/6peCBA：表示C57BL/6的受精卵经冻保存后，移植到CBA母鼠子宫内
12、，并代乳培育而成。,(四、近交系动物的命名),（七）近交品系动物综合命名法实例 1、DBA/1fLACA/Lac：DBA为小鼠近交系名称，“1”表示亚系、“f”表示代乳、“LACA”为代乳母鼠的品系、“Lac”代表培育单位：英国实验动物中心 2、C57BL/6J：“C”代表 Cold Spring Harbor Laboratory（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。3、C57BL/6J/Lac 表示英国实验动物中心保成的C57BL/6J 近交系。,(四、近交系动物的命名),基因位点纯合性 近交系动物
13、任何基因位点的纯合子概率都超过99%遗传组成同源性 品系内所有个体都可追溯到同一对祖先，遗传上同源表型均一性 相同的环境，相同的基因型，近交系所有个体表型相同,五、近交动物的特点,遗传稳定性 近交系动物基因高度纯合,遗传变异机率很少，遗传上高度稳定，其特征可世代相传独特性 每个近交系都有自己不同的遗传组成和生物学特性，即每个近交系都具有自己独特的基因型和表现型可分辨性 每个近交系有其独特的标准遗传概貌(毛色基因、生化基因、免疫学基因等)，用适当的检测方法，可进行分辨（遗传监测）,分布广泛性 近交系的任何个体均携带该品系全部基因库，引种非常方便。只要环境相同，不同国家、地区均可以建立完全相同的标
14、准近交系背景资料完整性 近交系动物在培育、保种、引种和使用过程均有详细记录，每个近交系均有关于品系特征、寿命、自发性疾病等完整的研究背景资料,近交系动物的优点和缺点 优点 表型均一、反应一致、重复性好、结果可靠、具有可比性 缺点 专用性强、通用性差，生长发育不良，适应能力低，饲养要求高，而且存在着近交退化,小鼠部分近交系 缩写名称C57BL/6 B6BALB/c CDBA/2 D2C3H C3CBA CB,六、近交系动物的应用简介,1、组织移植:个体间的组织相容性高，因此便于组织细胞或肿瘤移植研究。2、制作疾病动物模型 a.近交使隐性基因纯合性状得以暴露，可用于复制先天性畸形和先天性疾病的动物
15、模型，如糖尿病、高血压等。b.某些近交系自发或诱发肿瘤的发病率较高。c.许多肿瘤细胞株可在某些近交系活体动物上传代。3、比较遗传学研究:同一实验处理，用多个近交系作对比研究，可表明得到的实验结果具有普遍意义，或显示不同遗传组成对实验结果的影响。,第三节 封闭群动物,封闭群(close colony)动物1、定义：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以非近亲交配方式保持繁殖的动物群。国际上通用的SD大鼠、Wistar大鼠；ICR小鼠，ddN小鼠、NIH小鼠、LACA小鼠 国内常用的昆明小鼠(KM)等。,2、封闭群的来源来源于近交系 繁殖种群及子代种群，采用不同兄妹交配方式
16、，用以保种生产的实验动物群 来源于非近交系 不是以培育近交系为目的，而是用于生产的实验动物群 个体之间的差异程度主要取决于其祖代的来源：若祖代来自一般杂种动物，其个体差异较大；若祖代来自同一品系的近交系动物，则其个体差异较小。,3、维持封闭群的注意事项 不从外部引进任何新基因，且同时作随机交配 封闭群动物的近交系数上升率的要求：小于1.（近交系数上升率F1与有效群体数目Ne之间的关系为：F1=1/2Ne）,4、命名：1、用24个大写罗马字母进行命名2、在名称的大写字母前加上一个大写字母和13个小写字母构成的培养者或保持者的符号，并且与名称用冒号隔开。N：NIH、Han：NMRI3、封闭群中突变
17、种的名称是在远交种命名的基础上加上适当的基因符号，并且用连字号相连。基因符号用斜体字表示。N：NIH-nu/nu,5、封闭群的特点生命力、繁殖力强 可大量生产基因的杂合性和多态性 随机交配，群体遗传组成接近于自然状态，基因呈杂合性和多态性遗传特征相对稳定 不引进外源血统，避免近亲交配。既不使群体内部基因丢失，又保持基因频率稳定不变。在一定范围内保持相对稳定的遗传特征,6、封闭群的应用 封闭群动物遗传组成杂合，可能携带大量隐性可突变基因用于估计动物群体对自发和诱发突变的遗传负荷能力封闭群繁殖力和生命力较强:生产成本低，广泛用于预试验、教学药物筛选、毒物试验、生物制品和化学制品的鉴定等方面。平均反
18、应性一致:个体虽然遗传差异较大，反应不同，但群体遗传特征相对稳定，其平均反应趋于一致,第四节 杂交F1代动物,一、定义 由两个无关的近交品系杂交而繁殖的第一代动物，其遗传组成均等地来两个近交品系，属于遗传均一并具有表现型相同的动物。杂交F1代动物是否为一个品系或品种？,二、命名 杂交F1代小鼠命名的习惯写法是把亲代雌种符号写在前边，以“”连接，后边是亲代雄种，加上F1。例如：（C57BL/6DBA/2）F1,表示用C57BL/6品系的雌种和DBA/2品系的雄种杂交后生育的杂交F1代。,三、基本特性与优点,特性杂种一代的遗传组成均等地来自两个亲本品系，即每个基因位点上的两个等位基因分别来自母系和
19、父系。杂种一代携带许多杂合位点，但其个体在遗传上是一致的。,（三、F1优点）,优点1、个体间遗传和表现型上的一致性：一些生物学的特征不容易受环境因素变化的影响，广泛地适用于营养、药物、病原和激素的生物评价。2、杂交优势：杂种一代具有较强的生命力，对疾病的抵抗力强，寿命较长，容易饲养，适用于携带保存某些有害基因和应用于长时间的慢性致死实验，也可作为代乳的动物以及受精卵、胚胎和卵巢移植的受体。,3、具有同基因性 其可接受不同个体乃至接受两个亲本品系的细胞、组织、器官和肿瘤的移植。例如单克隆抗体研究一般都用BALB/c品系小鼠产生，肿瘤细胞与B细胞杂交，由此获得的杂交瘤细胞注入该小鼠腹腔后，即可时产
20、生高效价抗体的腹水。但目前大多采用BALB/c和其它近交系杂交F1代小鼠作单克隆抗体研究，比单独用BALB/c小鼠要好，其F1代小鼠的脾脏比同日龄BALB/c小鼠的脾脏要大。,（三、F1优点）,4、作为某些疾病研究的模型（NZBNZW）F1 是自身免疫缺陷的模型，（C3HI）F1是肥胖病和糖尿病的模型。LAS遗传上分类：近交系 杂交F1代动物 封闭群,（三、F1优点）,相同基因型与不同基因型动物特性的比较小结,第五节 实验动物的遗传质量监测,遗传监测的目的：遗传组成变化可以导致实验动物原有特性改变，从而影响实验处理的结果。,同学查找相关资料,学习了解检测方法!,建立遗传概貌图：实验动物的遗传概
21、貌（genetic profile)图 一般可根据每个品系、品种支配各种性状的基因型制成一览表。为了便利进行遗传学的管理和调查，在制定过程中进行全面的检查、记录各种质量和数量遗传性状。但是要检查全部的性状是很困难的，对于国际上已广泛使用的品系，可将已报道的品种性状归纳成遗传概貌图。,1、近交系遗传改变的原因遗传污染 管理事故 残留杂合基因分离基因突变 核甘酸碱基发生置换、缺失或插入，引起等位基因突变,近交系遗传监测,2、近交系遗传监测结果的判断与处理,封闭群动物的遗传监测 封闭群动物的遗传组成不如近交系稳定.,1、观察种群的基本形态，如毛色、体型、体重等。2、生理常数测定，如白细胞、红细胞、血红蛋白等。3、生殖常数测定。4、发育繁殖能力观察，如离乳率、死亡率、幼仔发育情况、性周期等。5、某些生化位点和免疫遗传学标记测试，统计各位点的基因和基因型频率。6、下颌骨数量、形态数据测定、以判断是否保持原有群体的下颌骨形态遗传特点。,检测内容,END,思考题：在研究中，分别制作T、B细胞基因敲出小鼠相对容易时，你如何得到T、B细胞基因同时缺失小鼠？（志愿的原则，有兴趣的同学完成后,以电子版或者纸质版形式给我）新楼305室,END,
