2第二章实验动物遗传质量及其对动物实验03.pptx

1、本学期教学安排,理论课 28总课时数：40 实验课 12 测验课 2 考 勤 20%课堂练习（开卷）20%实验报告 20%考试（闭卷）40%,考察总成绩分布,第二章,实验动物遗传质量及其控制,第一节、实验动物遗传学分类及其特性第二节、实验动物遗传学质量控制,动物的分类,实验动物 经济动物 按用途 野生动物 观赏动物 役用动物,实验动物的种、品种和品系,在生物分类学上，动物“种”是动物分类的基本单位，是自然选择形成；一般情况下，同种动物交配能顺利繁殖后代，而异种动物存在生殖隔离。各种实验动物经过人类的长期驯化、培育和选择，已与其祖先有着极显著的差异。,实验动物学的品种是种以下的非自然的单位，是人

2、为选择的产物。人类根据不同需要把动物的外形和生物学特性进行改良，选择和定向培育，使之具备某些生物学特性，这些其特性能稳定遗传，就把同种动物中具有不同遗传特性的动物分为不同的品种。,英国短毛种豚鼠,近交系,213RAP,远交群,DH Dunkin HartleyDHP Dunkin Hartley pirbright DHPK,。,如KM小鼠是封闭群小鼠中的一个品种，属我国常用的实验小鼠，1994年列入国际实验动物理事会出版的实验小鼠目录。,品系是根据不同的实验目的，采用近亲交配 方式繁殖，且遗传背景明确的动物。,独特的生物学特性相似的外貌稳定地遗传特性。,如C57BL/6小鼠是近交系小鼠中的一

3、个品系，属低癌，高补体活性的小鼠；全身黑色被毛；其生物学特性稳定地代代相传。因此，品系和品种是实验动物分类的基本单位。,近交系Inbred strain,经至少连续20代的全同胞兄妹交配培育而成，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，近交系数达到98.6%以上,该品系称为近交系。,经连续20代以上亲代与子代的交配，与全同胞兄妹的交配有同等效果。,近交系数,F,动物个体的基因组成中纯合子在基因型的出现率。后代个体基因位点固定同一祖先基因的比率。,*体型较大动物的近交系培育很难获得成功；因为成功率低，往往成为经济上的沉重负担。,如犬和猫连续全同胞兄妹交配20代，需要20年

4、左右的时间；鸡和兔也要花费较长时间。目前根据研究的特别需要，已培育出兔、犬、猫、鸡、羊、猪等的若干近交品系。通常禽类和兔类等实验动物的血缘系数达到80以上时(相当于亲兄妹交配4代)，即可称为近交系。,近交系动物的命名,一般以大写英文字母命名，亦可以用大写英文字母加阿拉伯数字命名，符号应尽量简短。如A系，TA1系等。,C3h C3H C3H,Balb/c,129,A,C57BL/6亚系和支系,近交系的遗传学特性及应用,1.基因纯合性,经过连续20代以上的近亲繁殖,近交品系个体基因已有98.6%以上纯合；这样的个体与品系内任何一个动物交配所产生的后代，也应是纯合子。因此，同一近交系动物的基因是一致

5、的，没有暗藏的隐性基因。,2.同基因性,同一个近交品系中所有个体在遗传上是同源的，个体间极为相似，具有基本相同的遗传组成和遗传特点，也就是基因型相同。因此，同品系个体间可进行组织或肿瘤移植，也可用一只动物检测该品系的基因型。,3.表现型的均一性,同一近交系动物，在相同环境因素的作用下，由于同基因性，其表现型是均一的，如血型、组织型、体重、毛色、可遗传疾病的发病率、对药物的反应、甚至行为的类型等。用较少量的近交系动物可达到生物统计需要的精密度。,4.遗传稳定性,近交系动物的基因高度纯合，坚持近亲交配则增加其在特定部位纯合子，减少了遗传变异，,使动物的基因型可长期处于稳定状态，导致近交系动物长期遗

6、传稳定性。,近交系动物的遗传变异仅发生在少量残留杂合基因，或基因的突变，而这种机率非常低。,5.个体性,每个品系在遗传上都是独特的，有些品系可能发生一些疾病，成为研究人类疾病理想的模型。品系间的差别显示在量上，而不是在质上，在研究上非常有用：可在众多的近交系中，筛选出对某些因子敏感，和不敏感的品系，以达到不同的研究目的。,6.分布广泛性,近交系动物个体具备品系的全能性，任何个体均可携带该品系全部基因库，引种仅需1-2对动物。不少近交系动物已分布在世界各地，意味着：不同地区，不同国家的科学家有可能重复或验证已取得的理论和数据。,7.背景资料和数据较完整,近交系动物在培育和保种过程中都有详细记录，

7、一些常用品系具有相当数量的背景资料；有大量文献记载了各种品系的生物学特性。这些有关品系的特征、寿命和自发性疾病等资料，对今后的研究工作的设计和动物实验结果的解释提供便利条件。,8.可分辨性,每个近交系都有自己独特的生化标志基因。研究者在掌握了遗传质量监测方法后，通过建立品系的遗传概貌，和定期的遗传检测，可以分辨混杂在一起的两个，或两以上外貌近似的品系动物。,近亲交配的意义和弊端,意 义,近亲交配是实验动物获得遗传均一性的典型方法。,使用较少的近交系动物，即可达到统计学要求的精密度。,同一近交系的全部动物，在遗传上相同，减少了表现型的变异。,在个体之间能互相接受皮肤和肿瘤移植。,遗传质量可看作是

8、长期稳定,近亲交配的弊端,固定基因时，有害的隐性基因也会纯合，出现不利的性状而造成育种失败；,近交还可能导致多基因之间丧失平衡，从而使高度纯化的动物对不良环境的调节适应能力降低；,近交使动物失去为保持足够生物适合度所必需的最低水平的基因杂合性，从而影响动物生长率，寿命，对疾病的感受性，生活力，体力及繁殖能力。,鉴于近交系动物具备上述特性，其应用首推遗传学研究，可消除杂合遗传背景的影响，以较少的动物取得较一致的动物实验结果。,其次，近交系动物在肿瘤研究工作中应用最广泛，被培养的品系也最多；对肿瘤的病因学、发病学、实验治疗和新抗癌药物的研究等都作出重大贡献。,随着生物医学科学研究的发展，已培育成功

9、各种人类疾病的动物模型，如：高血压大鼠、癫痫大鼠糖尿病小鼠、白血病小鼠，白内障小鼠、先天性肌萎缩小鼠、免疫缺陷型小鼠等等。这些近交系动物家系清楚，取材方便，是进行基因连锁分析，比较理想的实验材料。,在某些涉及组织细胞或肿瘤移植的实验中，个体间组织相容性一致与否，是实验成败的关键。因此，近交系动物成为不可缺少的实验动物。,近交系动物的保持,目前最广泛采用的是建立全同胞亲兄妹交配核心群保持过程中的技术问题选择与淘汰,近交系动物的生产,少量生产 核心群内得到大量生产 红绿灯制,二.封闭群(远交群),Closed colony or Outbred stock,封闭群动物的概念,以非近交交配方式进行繁

10、殖生产的一个实验动物种群，在不从其外部引入新个体的条件下，至少连续繁殖4代以上，称为一个封闭群，或叫远交群。,封闭群可分为起源于近交系,但并不进行全同胞交配的维持群;和起源于非近交系,亦不进行全同胞交配的维持群两类。,群体世代间近交系数上升率必须低于1%。这类动物和近交系不同，在动物群体内的个体之间，具有某种程度的遗传学差异。,例如ddN小鼠，Wistar大鼠、我国各研究单位长期自行繁殖的KM小鼠、青紫兰兔、新西兰白兔、大耳白兔等均属此类。,封闭群动物的命名,封闭群由2-4个大写英文字母命名，种群名称前标明保持者的英文缩写名称，第一个字母须大写，后面的字母小写，一般不超过4个字母。保持者与种群

11、名称之间用冒号分开。,如：N：NIH表示美国国立卫生研究院（N）保持的NIH封闭群小鼠。,Ssmu:KM表示上海第二医科大学保持的KM封闭群小鼠。,封闭群动物的遗传学特性及应用,对于封闭群的研究，无论在理论上还是实践上，无论在国内还是国外，都落后于近交系。,其原因在于封闭群是属于群体遗传理论范畴，不仅群体遗传学本身产生较晚，而且该理论又不能机械地套用于封闭群。至今，对封闭群动物的研究工作几乎都局限于实验小鼠和大鼠，且资料也甚少。,1.基因库大，杂合率高,封闭群是一种长期与外界隔离，雌雄个体间能够随即交配的动物群，,其遗传组成比较接近自然状态下的动物群体结构，具有类似于人类群体遗传异质性的遗传组

12、成。,其基因的杂合率较高，个体间的基因型不一致，因此，群体基因库较近交系大。,2.群体基因频率基本保持稳定,封闭群动物不从其外部引入新基因，又坚持随机交配，从而使群体在群体基因频率可达到哈台温伯格平衡，一定范围内保持相对稳定的遗传特征。,哈代-温伯格平衡的数学证明,N 代A基因频率为p0，a基因频率为q0N+1代A基因频率为p1，a基因频率为q1(P0+q0=1),p1=p02+p0 q0=p0（p0+q0）=p0q1=q02+p0 q0=q0（p0+q0）=q0,3.封闭群内个体间差异程度主要取决于其祖代起源,鉴于封闭群动物具备上述特性，在遗传学研究中，常作为选择实验的基础群体，供作某性状遗

13、传力的研究。,封闭群动物的遗传组成具有很高的杂合性,其繁殖力和生活力较强,表现为平均胎产仔数多，胎间隔短，仔鼠离乳率高，生长快，成熟早，抗病力强，寿命长；,生产成本低，可大量供应,广泛用于各种预试验、学生教学和常规的药物筛选和毒性试验中。,封闭群动物的保持和生产,随机繁殖法分组循环法最大限度避免近交法,四.重组近交系和重组同类系,Recombinant inbred strain Recombinant congenic strain,回交和杂交的特性,1.回交 一种实验动物与另一种不同遗传特性的近交系交配获得N1，N1带有1/2近交系的基因组成；N1再与该近交系交配得到N2，N2带有3/4近

14、交系的基因组成。,如果就这样与近交系进行n次回交，按1-（1/2）n 的概率替换近交系的基因；经7-8次回交，将能得到大体上同近交系具有相同基因组成的新品系。,在非近交系动物中发现新的突变基因时，用该种交配方法，将基因导入已有的近交系，比将发生突变的动物培育成新的近交系效率更高。,2.杂交 就是将不同的群体或品系动物进行交配。,假设近交系A的基因型为A1/A1，B1/B1，C1/C1；近交系B的基因型为A2/A2，B2/B2，C2/C2。两种品系内的血缘系数R=1；而两种品系无共同的祖先R=0。,把这两种品系进行杂交，产生F1的基因型是均一的A1/A2，B1/B2，C1/C2；个体各基因位点均

15、是杂合型，又保持了个体遗传均一性，即F1的各个体间血缘系数R=1；还可能出现新的遗传特性。,如近交系NZB和NZW的F1中发现了自身免疫性疾病鼠。,重组近交系,重组近交系 由两个近交系杂交后，经连续20代以上兄妹交配育成的近交系。,重组同类系,由两个近交系杂交后，子代与两个亲代中的一个近交系进行数次回交（通常回交2次），再经无特殊基因选择的近亲交配而育成的近交系。,重组近交系的命名,由两个亲代近交系的缩写名称中间加大写英文字母X命名。由相同双亲交配育成的一组近交系用阿拉伯数字予以区分。,如：由BALB/c与C57BL/6杂交育成的一组近交系分别命名为CXB1、CXB2。,重组同类系的命名,由两

16、个亲代近交系的缩写名称中间加小写英文字母c命名，其中用作回交的亲代近交系（称受体近交系）在前，供体近交系在后。由相同双亲育成的一组同类系用阿拉伯数字予以区分。,如：由BALB/c为受体近交系，以STS为供体近交系（S），经2代回交育成的一组重组同类系分别命名为CcS1、CcS2。,重组近交系和重组同类系的遗传学特性及应用,重组近交系是实验动物近十年来遗传学的最重要发展成果之一。,以两个无关的近交系进行杂交，产生F1后，再兄妹交配连续20代以上育成一组近交系。该组近交系既有其双亲品系的特性，又有重组后每个重组近交系的特性。,重组近交系已广泛应用于新的多态性基因位点和新的组织相容性位点的鉴定、多态

17、性位点的多效性及其连锁性的研究；还用于动物寿命、自发性和诱发性疾病的研究；以及生理学、药理学、形态学和行为学等方面的研究。,第二节 实验动物遗传学质量控制,随着生物医学科研的发展及其需要，目前世界上已培育成功数百种近交品系和封闭群动物，加上不同的亚系和新建的突变群，其种（品系）数量愈千。,在各科研或教学单位的实验动物饲育繁殖部门，一般都保持几个或几十近交系。而在多个品系动物生产繁殖过程中，无法确保绝对不发生计划外杂交。,有必要进行实验动物的遗传质量控制,科研人员都希望证明各自所得到的品系动物的遗传背景是符合标准的；,生产繁殖部门希望确证：所提供的实验动物符合遗传控制的质量。,当今，人类已步入2

18、1世纪生命科学新时代，世界范围内蓬勃发展新技术革命。随着各种新技术，新检测方法的建立，可用于实验动物遗传质量检测的新技术也越来越多。,国际实验动物理事会提出了实验动物质量检测必须符合“4E原则”。,准确 Exact,简便Easy,有效Efficient,经济Economic,目前常用的检测方法,生化标志基因位点检测,皮肤移植,下颌骨形态学分析,毛色基 因交配测试等,实验动物的遗传质量控制的意义,每个品系（或种群）的遗传概貌；,定期进行常规质量检测，证明被检动物质量是否符合遗传概貌；,签发品系（种群）的合格证书。,一.遗传概貌的确定,近交系遗传概貌是指一套生化标志基因位点,根据这些位点可确切无误

19、地判定品系,并将其同其它近交品系,甚至可能只有1-2个位点不同的亚系区分开来。,从理论上讲，遗传概貌应至少由每条染色体的3个位点组成：每条染色体着丝点相应的近端和远端各1个位点和中部1个位点。,一旦确定了遗传概貌后，检测特定的染色体就能够完成近交系遗传质量的判定。,在某些书上，对实验动物的遗传质量检测的介绍仅局限于近交系动物，忽视了封闭群动物同样需要遗传质量的检测，且其遗传概貌包括的内容更多，检测的工作量更大。,国际实验动物理事会对封闭群实验动物遗传概貌应包括的内容作出要求。,封闭群动物遗传概貌内容,繁殖数据 整体分析胎间隔 整体脂肪含量 成活新生数 整体干物质含量离乳仔数 血液学数据幼仔体重

20、（2周龄）血红细胞计数淘汰种鼠特点 血白细胞计数形态测定数据 血红蛋白含量体长 血细胞比容体重 平均细胞容积11个下颌骨测量数据 尺骨长,二.遗传质量检测方案的设计,在确定了近交系动物的遗传概貌后，为了保证遗传质量检测的可靠和完善，又实现“4E原则”，没有必要（也不可能）不停息的对遗传概貌中的所有位点进行检测。,检测方案的设计,1.执行了检测方案，就能及时发现近交系动物计划外的杂交。,2.方案必须规定检测足够数量的染色体，以利确定被测品系具有相同的基因型。,3.方案必须以对尽可能少的动物的检测结果，实行全同胞质量监测。,在实验动物国家标准哺乳类实验动物的遗传质量控制（GB14923-2001）

21、中规定：,对基础群，凡在子代留有种鼠的亲本动物都应进行检测；对生产群动物每年至少进行一次遗传质量检测，每次应采样6只。,三.生化标志基因位点测试,当前生物化学进展，已能灵敏地测定蛋白质化学结构的微小差异，这些差异由遗传基因决定，是个体及品系固有的特性，可用作鉴定品系和个体的判定。,使用电泳技术显示蛋白质不同性状，便能建立每一近交系独特的基因概貌。,如A/He小鼠的异柠檬酸脱氢酶Idh-1表型为A型，基因型是a/a，在基因概貌中记为a；A/He小鼠的多肽酶Pep-3表型为B型，基因型是b/b，在基因概貌中记为b。,经研究，目前实验小鼠至少有64种生化标记（同功酶或蛋白质）位点；在大鼠近交系中，生

22、化标记位点仅有少量的报道。,在实验动物国家标准哺乳类实验动物的遗传质量控制（GB14923-2001）,对近交系小鼠选择位于10条染色体上的13个生化位点,对近交系大鼠选择9个生化位点，作为生化标记检测。,生化标志基因位点测试法是一种得到广泛应用的灵敏的遗传质量检测方法，它能证实近交系和确定亚系间的遗传关系，具有较高的应用价值。,该方法必须严格选择每一种显示同功酶的缓冲液，电泳的温度、时间、电压和电流的最佳值。使用这种方法需要一定的技术和设备。,四.皮肤移植,实验证明动物具有接受或排斥所植皮肤的能力。每个近交系的全部个体在遗传上高度纯合，所以，同品系的个体间能互相接受皮肤移植；而不同品系的个体

23、间植皮就会互相排斥。,皮肤移植也是的常用的遗传质量检测方法，在国家推荐标准（GB/T14927.2-2001）实验动物近交系小鼠大鼠皮肤移植法中，对该方法的基本操作步骤有详细的介绍和规定。,小鼠和大鼠的检测中普遍采用的是快速、有效的尾部皮肤移植法。,植皮后至少观察100天，只有在100天以上植皮双方均不发生排斥，才能证实待测小鼠或大鼠的遗传纯合性。,在对已知品系检测时，若急性排斥占手术例数30%，须重新考虑采样，以确认是技术性还是其他原因造成的结果。,实验动物皮肤移植规律,皮肤移植法优点：易掌握、高度灵敏、经济、不需昂贵设备、对植皮接果的排斥或接受容易判断。,皮肤移植法不足：该方法费时：为检测

24、非H-2组织相容性基因的差异，需观察100天后才能作出判断；,饲养植皮动物需一定饲养空间；,会出现一些系技术或其他非免疫因素植皮实验失败。,该方法不是鉴别新品系的理想方法。,五.下颌骨形态学分析,下颌骨形态是高度遗传的性状，由多态性位点确定。下颌骨的形态和大小在小鼠的近交系间存在明显差异，所以，下颌骨分析是一种合理的方法。,该方法是一种灵敏和有效的鉴别和检测亚系变异（源于遗传混杂和突变）的技术。,正常环境因素及饲养管理对下颌骨形态几乎没有什么影响，,50日龄后下颌骨基本上不再生长，其形态也不再发生变化。,检测前，制作测量用的标准直角坐标底板，在近交系核心群中随机取60日龄以上的成年雄鼠，每次取

25、样10只为1组，制备下颌骨标本后，在显微镜下，放大10倍测量在直角坐标底板上下颌骨11个形态特征参考点的距离。,将所测量值的平均数作统计分析，利用判别函数确定下颌骨形态。如果测量值集中，则表明在被测小鼠间无显著的遗传差异。,下颌骨形态分析是一种灵敏、经济、简便、可同时检验大量的遗传位点的遗传监测方法。,若配以扫描机将下颌骨形态扫入电脑，经电脑测量其形态特征参考点的距离，并由电脑完成统计分析，既可减少人为误差，还可加快统计分析的速度。,六.毛色基交配测试,小鼠毛色主要受A、B、C三个等位基因控制，它们分别在不同的染色体上。,cc基因是其他毛色基因的上位基因。白化小鼠cc等位基因是已知的，A，B是

26、待测基因。毛色基因交配测试可把隐性的毛色基因显示出来。,A-B-C-为野生色,A-bbC-为桂皮色,aaB-C-为黑色,aabbC-为棕色,根据遗传学原理，被测个体与已知复隐性基因个体交配，可以从F1的毛色判断待测小鼠基因型；如待测小鼠A、B位点是纯合的，则杂交F1的毛色只出现一种颜色。,通常将60-70日龄待测小鼠雌鼠与已知毛色基因结构的DBA/2（aabbCC）雄鼠交配，根据杂交F1的毛色确定待测小鼠主要毛色基因型，鉴定是否纯合。,结果判断标准(1)F1仔鼠的毛色为同一颜色者，即可判断被测品系毛色基因纯合。(2)同窝F1仔鼠不能少于7只,每个品系每次测试,其仔鼠的观察数目不应少于10只。(3)同窝F1仔鼠内若出现两种以上毛色者即说明被测小鼠已发生基因污染和变异。“ABCD”为野生色“AbbCD”为桂皮色“aaBCD”为黑色“aabbCD”为棕色；“-cc-”为白化,完,谢谢,