碩研實驗動物的遺傳學分類及質量控制

碩研實驗動物的遺傳學分類及質量控制第1頁，共98頁，2023年，2月20日，星期一本章主要內容第一節(jié)實驗動物的遺傳學分類第二節(jié)近交系第三節(jié)封閉群動物第四節(jié)雜交群動物第五節(jié)突變系動物第六節(jié)實驗動物的遺傳監(jiān)測第2頁，共98頁，2023年，2月20日，星期一實驗動物的分類

實驗動物的分類仍按照一般生物學意義上動物的分類原則進行，包括門、綱、目、科、屬、種，但也有一些特殊性，從實驗動物定義和實驗動物質量標準化的要求對實驗動物進行分類。實驗動物的遺傳學分類微生物學分類第3頁，共98頁，2023年，2月20日，星期一實驗動物的遺傳學分類

相同基因型：近交系：普通近交系同源突變近交系同源導入近交系分離近交系重組近交系雜交群：雜交F1代

不同基因型：封閉群：遠交種突變種從遺傳觀點講，實驗動物應是遺傳限定的動物，根據基因的純合程度實驗動物可分為近交系、封閉群、雜交群。品系品種第4頁，共98頁，2023年，2月20日，星期一實驗動物品種、品系1.種：動物“種”（species）是生物學分類的最基本單位，而在實驗動物中，種是指可以相互交配且后代有繁殖能力的同一種類的動物。2.實驗動物品種（stock，breed）：一般指具有一些容易識別和人們所需要的性狀，而且是可以穩(wěn)定遺傳的動物群體。通常把封閉群動物稱為品種，如新西蘭白兔、KM小鼠等。3.品系（strain）：實驗動物學上把基因高度純合的動物稱為品系動物，通常指近交系、突變系動物。第5頁，共98頁，2023年，2月20日，星期一作為一個品種、品系應具備的條件

相似的外貌特征：獨特的生物學特性穩(wěn)定的遺傳性能：一個品種或品系必須具有一定的育種價值，雜交F1代繁殖后代時，性狀發(fā)生分離，不能成為一個品系。具有共同的遺傳來源和一定的遺傳結構：任何品種和品系都可追溯到其共同的祖先，并由此分支經選育而成。第6頁，共98頁，2023年，2月20日，星期一品系與品種差異：

1、品系比品種的群體特點更加突出。

2、品系的性狀及適應性必須相同。

3、品系的基因型相同。第7頁，共98頁，2023年，2月20日，星期一第一節(jié)、近交系動物一、基本概念：至少經過20代以上的連續(xù)全同胞交配或親子交配，品系內所有個體都可追溯到起源于第20代或以后代數的一對共同祖先的動物群，群體近交系數達98.6%以上。通常所講的近交系是指普通近交系。普通近交系重組近交系同源突變近交系同源導入近交系分離近交系

近交系第8頁，共98頁，2023年，2月20日，星期一近交系數：指群體中某個個體通過遺傳攜帶兩個同源等位基因的概率，是指個體由于近交而造成的異質基因減少時，同質基因或純合子的百分數。它反映了動物在不同代次的純化程度。Felconer提出一個便于計算的公式：

Fn=1-(1-△F)n。n表示近交代數，△F是每進一代的近交系數上升率。全同胞△F=19.1%

同父異母△F=11.0%

堂兄妹△F=8%

親子交配△F=19.1%

例如：動物繁殖了10代，△F為19%，代入公式，則：F10=1-（1-0.19）10=1-(0.81)10=1-0.1216=0.8784=87.84%。也就是說當動物繁殖到第10代時，其純度可達到87.84%，還有12.16%是雜合的。

第9頁，共98頁，2023年，2月20日，星期一Felconer近親系數表

代數F代數F10.250110.90820.375120.92630.500130.94040.594140.95150.672150.96160.734160.96870.785170.97480.826180.97990.859190.983100.886200.986第10頁，共98頁，2023年，2月20日，星期一

血緣系數是將群體中個體之間基因組成的相似程度用數值表示。對實驗動物而言，必須要了解構成群體的各個體間遺傳性的相似程度。在某種程度上血緣系數比近交系數的作用更重要。

例子：一卵孿生之間基因組成完全相同時，血緣系數為100%，就親子關系而言，子代從雙親中獲得基因各一半，因此，親（父、母）子間的血緣系數以50%來表示。第11頁，共98頁，2023年，2月20日，星期一近交衰退(inbredinflation)：

指在近交過程中動物群體由于基因分離和純合而產生的不利于個體和群體發(fā)育的現象。近交衰退包括：

1.由于有害隱性基因的純合，出現遺傳缺陷或某種疾病發(fā)生率的提高。

2.影響繁育如產子數下降、母性不良。

3.個體發(fā)育不良，對環(huán)境的適應性差。第12頁，共98頁，2023年，2月20日，星期一全同胞交配的血緣系數表

代數R（%）代數R（%）1601197.0272.71297.6379.21398.1484.31498.5587.01598.8690.51699.0792.61799.2894.11899.3995.31999.51096.32099.6第13頁，共98頁，2023年，2月20日，星期一近交引起的基因純合情況代數各種基因的比例合子（野鼠色）AA雜合子（野鼠色）Aa純合子（黑色）aa原始種群1/42/41/4兄妹交配下一代5/166/165/16兄妹交配下二代11/3210/3211/32妹交配下三代24/6416/6424/64兄妹交配20代以后50/100050/100第14頁，共98頁，2023年，2月20日，星期一近交系動物在自然界里并不存在，是人工專門培育的實驗動物。以上定義對于小鼠是非常嚴格的,但是對于其它物種的動物有時需要加以區(qū)別。在某些情況下“近交系”的名稱僅僅說明了該品系內的遺傳差異性降低了,這種情況出現在：品系的近交代數在各繁殖線上少于20代。但是該系的某一條繁殖線上所有個體間的異體植皮獲得成功。兩代之間間隔時間特別長的動物也許只要通過幾代的兄妹交配繁殖就能使用“近交系”這個名稱。

第15頁，共98頁，2023年，2月20日，星期一各類實驗動物中已培育近交系的數目動物種類近交系數目小鼠大鼠地鼠豚鼠兔雞魚兩棲類3501114315204094第16頁，共98頁，2023年，2月20日，星期一使用最為廣泛的十個大/小鼠近交系排列順序小鼠大鼠12345678910C57BL/6C3HBALB/CDBA/2CBAAAKRNZBB10·D2SJLF344LENBNSHＲDAPVGWAGACIWFWKY第17頁，共98頁，2023年，2月20日，星期一近交系動物的特征遺傳基因位點的純合性遺傳組成的同源性遺傳組成的獨特性長期的遺傳穩(wěn)定性遺傳組成的可分辨性表型的一致性對外界因素的敏感性生活力下降國際分布廣泛背景資料生產飼養(yǎng)成本高第18頁，共98頁，2023年，2月20日，星期一

一個標準的命名規(guī)則對實驗動物的研究價值和使用價值有重要意義。一個品系只有一個名字，不同的人在不同的時間不同的地點才可能用同一的動物作實驗，而他們的結果才能在不同的時間、空間和研究者之間進行比較，這樣才能使動物實驗有它真正的價值。

國際小鼠標準化遺傳命名委員會

國際大鼠遺傳命名委員會

其它實驗動物命名參照大小鼠進行命名實驗動物的命名第19頁，共98頁，2023年，2月20日，星期一了解已命名大小鼠的途徑：《MouseNewsLetter》每2年《InbredStrainsofMice》每2年《CancerResearch》每4年http://www.rgnc.gen.gu.se第20頁，共98頁，2023年，2月20日，星期一品系名稱一般為1～4個大寫的英文字母。如：A、BALB、DBA。有些品系名稱用大寫字母與數字結合表示，且數字總是緊隨著第1個大寫字母。如：C57BL、C3H。有些較早使用的非正規(guī)命名，已為國際廣泛接受，其原有命名繼續(xù)沿用。如：129、615。近交系動物的命名（普通近交系）第21頁，共98頁，2023年，2月20日，星期一

近交代數表示：品系名稱+F+近交代數，如A（F78），若資料不全，在已知代數前加？，如AKR（F？+10）。若從其他實驗室引入的近交系或亞系，又經自己的實驗室繁殖若干代，其近交代數的表示是在F后先標明引入時的代數，再加上自己實驗室繁殖的代數，如C57BL/Jnga(f73+26)。品系優(yōu)先權：任何品系命名應參照國際命名委員會的規(guī)則，若出現兩個品系符號相同，則保留先正式公布者。書寫品系命名符號要寫全，應使用公布的全稱，不能隨便縮寫(寫論文報告，在材料方法一欄里一定要把品系命名符號寫全，才能說明所指的是哪個品系或亞系）。第22頁，共98頁，2023年，2月20日，星期一國際上公布的常用近交系的縮寫品系縮寫品系縮寫AKRAKC57BRBRBALB/cCC57LLC3HC3DBA/1D1C57BLBDBA/2D2CBACBHRS/JHRC57BL/6B6C57BL/10B10第23頁，共98頁，2023年，2月20日，星期一近交系動物的應用節(jié)省樣本量組織細胞或腫瘤移植實驗：個體間相容性一致,

隱性純合基因的暴露，獲得先天性畸形及先天性疾病的動物模型，如糖尿病、高血壓等。某些品系自發(fā)或誘發(fā)腫瘤，成為腫瘤病因學，腫瘤藥理學模型。多個近交系同時使用，分析不同的遺傳組成對某項實驗結果的影響，或觀察實驗結果是否具有普遍意義。

第24頁，共98頁，2023年，2月20日，星期一（二）重組近交系概念

重組近交系：兩個無血緣關系的近交系雜交后得到F2代，分組分別經連續(xù)20代以上的兄妹交配而育成的近交系列組動物。祖系：為重組近交系提供親代的兩個近交系。應用

重組近交系對祖系間有差異的性狀和基因進行遺傳分析是非常有用的實驗材料。分離分析、連鎖分析、功能分析。命名重組近交系的命名是在兩個祖系名稱之間加上X，同一系列中不同的近交系在其后面加連字號，再加數字。如AKR和C57BL雜交培育的一系列重組近交系可命名為AKXB-1，AKXB-2，AKXB-3等。第25頁，共98頁，2023年，2月20日，星期一（三）同源突變、同源導入、分離近交系同源近交系：

在一個普通的近交系中，幾乎所有基因位點上都帶有相同的基因，如果兩個近交系除了個別位點上攜帶的基因不同外，其它位點上的基因都一樣，稱這兩個近交系是同源的，即遺傳上相同，稱個別不同的基因為差異基因。第26頁，共98頁，2023年，2月20日，星期一1.同源突變近交系概念：兩個近交系除了一個指明位點等位基因不同外，其它遺傳基因全部相同的品系。即是某個近交系在某基因位點上發(fā)生突變而分離出的近交系亞系，與原近交系的差異只是發(fā)生突變的基因位點上帶有不同的基因，而其它位點上的基因完全相同。命名：品系名稱后加連字號和基因符號如C57BL/6J-bg表示C57BL/6J攜帶bg基因，如果突變基因是雜合的，用“+”代表野生型基因，C57BL/6J-bg/+，如果基因是純合的，則表示為C57BL/6J-bg/bg。同源突變近交系的代數用M表示，C57BL/6J-bg(F58+M+F20)表示在58代時發(fā)生突變，然后又進行20代近交。第27頁，共98頁，2023年，2月20日，星期一2.同源導入近交系

概念：通過基因導入的方法將一個目的基因導入某個近交系的基因組內，由此形成的一個近交系與原來的近交系只是在一個很小的染色體片段上基因不同。供系：提供目的基因的品系。配系：接受目的基因的品系，配系必須是近交系，供系可以是任何一種基因類型的動物。乘客基因：第28頁，共98頁，2023年，2月20日，星期一同源導入近交系的命名在品系名稱后加“?”和供體名稱縮寫，再加連字號和目的基因符號，如B10?129-H-2b表示以C57BL/10品系為遺傳背景，攜帶來自129品系H-2b基因的同源導入近交系。

B10?129-H-2b如果供體不是近交系，可以不加以命名，例如BLAB/c-nu/+表示攜帶雜合nu基因的BLAB/c品系，nu基因來自于非近交系。配系供系目的基因第29頁，共98頁，2023年，2月20日，星期一3.分離近交系在培育近交系的過程中，采用一定的交配方法，迫使個別基因位點上的基因處于雜合狀態(tài)，則分離出該基因位點上帶有不同等位基因的兩個近交系亞系。分離近交系的命名品系名稱后連字號和雜合基因符號，如DW-dw/+表示DW品系在dw位點是雜合的。第30頁，共98頁，2023年，2月20日，星期一4.同源近交系的應用在同一遺傳背景下比較某基因位點上不同等位基因的遺傳效應。在不同遺傳背景中研究同一基因與遺傳背景及其它基因的關系。消除雜合遺傳背景對某些突變基因表達的影響，以獲得更為穩(wěn)定的實驗動物模型。對復雜的多基因性狀進行遺傳分析。第31頁，共98頁，2023年，2月20日，星期一亞系和支系的概念亞系（substrain）的形成：育成的近交系可能由于殘余雜合性和突變導致部分遺傳組成的改變。近交系的亞系分化是指一個近交系內各個分支的動物之間，已經發(fā)現或十分可能存在遺傳差異。通常下述三種情況會發(fā)生亞系分化。

1）在兄妹交配代數達40代前形成的分支（即發(fā)生于F20-F40之間）；2）一個分支與其他分支分開繁殖超過100代突變所致；3）已發(fā)現一個分支與其他分支存在遺傳差異。產生這種差異的原因可能是殘留雜合、突變或遺傳污染（geneticcontamination）（即一個近交系與非本品系動物之間雜交引起遺傳改變）。由于遺傳污染形成的亞系，通常與原品系之間遺傳差異較大，因此對這樣形成的亞系應重新命名。例如由GLaxo保持的A近交系在發(fā)生遺傳污染后，重新命名為AZG。

第32頁，共98頁，2023年，2月20日，星期一遺傳污染：是指最常見的實驗動物管理事故，通常是由于其他品系動物與本品系動物發(fā)生交配所致。遺傳漂變：是指一個品系動物基因型在飼養(yǎng)過程中可能發(fā)生的隨機改變，這種改變多由于近交系動物殘留雜合基因分離，造成了亞系的形成。突變：由于動物基因組中某個核苷酸殘基的置換、缺失或插入，引起一個等位基因的改變。第33頁，共98頁，2023年，2月20日，星期一亞系的命名

亞系命名原則是在品系名稱后加斜線號，再加上數字或培育者名稱縮寫，或者以數字開頭與縮寫同時使用，如A/He(F87)是指近交到87代由Heston培育的A品系的亞系。第34頁，共98頁，2023年，2月20日，星期一一個近交系或亞系內部，由于非?？赡艽嬖诃h(huán)境的、母方的或細胞的差異，或者也許不是非?？赡艽嬖谶z傳上的差異時，則這個近交系或亞系出現支系。人為技術處理：如卵巢移植（o）、人工喂養(yǎng)（h）、代乳（f）、受精卵或胚胎移植（e）、冷凍保存（p）等。種群轉移到新的保持者：如引種到另一實驗室。支系的形成第35頁，共98頁，2023年，2月20日，星期一支系的命名（一）

支系命名原則是在品系（亞系）名稱后加雙斜線號，再加上數字或培育者名稱縮寫，雙斜線號也可省略。如：C57BL/6J//Lac表示由英國實驗動物中心Lac維持的支系品系經過技術上的處理，用小寫英文字母作為相應符號來表示。如代乳、受精卵轉輸、卵巢移植等。C3HfB，AeB，AOB第36頁，共98頁，2023年，2月20日，星期一支系的命名（二）受精卵或胚胎移植（Eggsorembryotransfer):“e”,C3HeB表示C3H品系受精卵移植于C57BL品系的雌鼠；卵巢移植（Ovarytransplant):“o”,C3HoB表示C3H雌鼠卵巢移植于C57BL品系的雌鼠；奶母代乳（Fosternursing):“f”,C3HfB表示C3H

品系鼠是由C57BL品系代乳的；人工喂養(yǎng)（Hand-rearing):“h”;人工喂養(yǎng)加奶母代乳（FosteronHand-rearing):“fh”；冷凍保存(Freezepreservatio):“pe”;C57BL/6peCBA/N表示C57BL/6冷凍卵或胚胎復蘇后移植入CBA/N雌鼠子宮內產生的鼠。第37頁，共98頁，2023年，2月20日，星期一近交系動物的維持群體內必須嚴格按照全同胞交配方式進行，保持近交系群體的遺傳均一性不遭到破壞和防止遺傳漂變。已經育成的近交系不得與其他品系雜交。近交系有特異的遺傳特性，適用于特定的研究，保種過程中不許產生更多亞系。近交繁殖力低，選擇繁殖力高的，淘汰繁殖力低的家系。對個體進行詳細記錄，如近交代數、雙親編號、出生日期等。第38頁，共98頁，2023年，2月20日，星期一第二節(jié)、封閉群動物概念：以非近親交配方式進行繁殖生產的實驗動物種群，在不從外部引入新的個體的條件下，至少連續(xù)繁殖4代以上，稱為封閉群，亦稱為遠交群。封閉群按其來源和遺傳背景不同，可分為兩類：來源于近交系的封閉群及其子代，不用兄妹交配方式保種來進行生產的實驗動物；來源于非近交系，不是以培育近交系為目的而生產的實驗動物群。第39頁，共98頁，2023年，2月20日，星期一遠交種：一個長時期于外界隔離，雌雄個體之間能夠隨機交配的動物群，其遺傳組成比較接近于自然狀態(tài)下的動物群體結構。KM小鼠、ICR小鼠NIH小鼠、、SD大鼠、Wistar大鼠、青紫蘭兔、新西蘭兔、畢格犬等，尤其是中國昆明種小鼠，目前是使用最多的動物，其祖先可能是Swiss小鼠，1946年從印度引進我國昆明，以后又分送我國各地，因此得名“昆明種小鼠：KM小鼠”。突變種：攜帶個別突變基因的封閉群，這些突變可能以純合或雜合形式存在于封閉群中。第40頁，共98頁，2023年，2月20日，星期一SD大鼠畢格犬KM小鼠青藍紫兔第41頁，共98頁，2023年，2月20日，星期一

迄今為止，對于封閉群的研究，無論在理論上還是在實踐上，無論國內或國外，都遠遠落后于近交系，其原因在于封閉群是屬于群體遺傳學理論范疇，不僅群體遺傳學產生較晚，而且該理論又不能機械地套用于遠交群。對封閉群動物所進行的研究工作，目前，大多只限于大鼠、小鼠、家兔和豚鼠。而且研究報告甚少，預計短時間內不會出現大的改觀。第42頁，共98頁，2023年，2月20日，星期一

封閉群動物的命名遠交種的命名：1.

一般用2-4個大寫字母表示，如ICR、NIH小鼠。2.

習慣用法，如Wistar大鼠，NewZealandWhite兔。3.

在大寫字母之前加上一個大寫字母和3個小寫字母構成的培養(yǎng)者或保留者的符號，并且與品系名稱用冒號隔開，如Lac:LACA是由英國實驗動物中心保持的LACA小鼠，

N:NIH是由美國國立衛(wèi)生研究院保存的NIH小鼠。第43頁，共98頁，2023年，2月20日，星期一突變種的命名：

在遠交種命名的基礎上加上適當的基因符號（斜體），如N:NIH-nu/nu是由美國國立衛(wèi)生研究院保存的帶有純合裸基因的NIH小鼠。第44頁，共98頁，2023年，2月20日，星期一

封閉群動物的特點及應用封閉群動物（遠交種）的遺傳組成具有很高的雜合性，類似于人類群體遺傳異質性的遺傳組成，用于人類遺傳學研究、藥物篩選、毒物試驗，生物制品和化學藥品的鑒定等方面。封閉群動物（遠交種）具有較強的繁殖力和生活力，飼養(yǎng)繁殖不需詳細的譜系記錄，易于管理，廣泛用于教學、預試驗和一般實驗。封閉群動物的突變種攜帶的突變基因通?？蓪е聞游锬承┓矫娴漠惓＃蔀樯韺W、胚胎學和醫(yī)學研究的模型。如高血壓大鼠。第45頁，共98頁，2023年，2月20日，星期一封閉群動物的維持要維持好一個封閉群，在自繁過程中，必須防止小群體近交。保持群體有效大小在50只以上。選種時，同窩（架）留單一性別，雌雄分別編組，各組按隨機交配在整個群體中進行，避免產生群體內隔離狀態(tài)。按以上交配方法使每世代的近交系數上升率小于1％，從而保證群體遺傳的穩(wěn)定性。第46頁，共98頁，2023年，2月20日，星期一第三節(jié)、雜交群動物基本概念雜交群：兩個或兩個以上品系動物之間交配產生的后代。由兩個無關的純系動物(近交系)雜交繁殖的第一代動物稱為雜交F1代動物。用這種方法培育出的動物群體稱F1雜交系（Hybrids）。實驗動物學所說的雜交群通常是雜交F1代動物。親本品系：兩個用于生產雜交F1代的近交系。提供雄性的為父系，提供雌性的為母系。第47頁，共98頁，2023年，2月20日，星期一

雜交群動物的命名雜交F1代的命名:

母系符號X父系符號F1，順序不得顛倒。

有時中間X可省略，把兩個品系名稱按雌雄順序寫一起，再加上F1。如：C3HXAKRF1可寫為C3HAKRF1。C57BL/6♀×DBA/2♂（C57BL/6XDBA/2）F1

可簡寫為：B6D2F1

DBA/2♀×C57BL/6♂（DBA/2XC57BL/6）F1

可簡寫為：D2B6F1第48頁，共98頁，2023年，2月20日，星期一正逆交配C57BL/6×DBA/2DBA/2×C57BL/6↓↓B6D2F1D2B6F1第49頁，共98頁，2023年，2月20日，星期一2個F1代的區(qū)別

Y染色體，B6D2F1的雄性帶有來自DBA/2的Y染色體，而D2B6F1則帶有來自C57BL/6的Y染色體；母性因素，包括細胞質成分，子宮環(huán)境和母乳。B6D2F1是從C57BL/6接受這些因素，而D2B6F1從DBA/2接受這些因素。第50頁，共98頁，2023年，2月20日，星期一F1的區(qū)別舉例

♀C3H×C57BL/6

（高發(fā)品系）（低發(fā)品系）

↓C3B6F1（高發(fā)品系）

♀C57BL/6×C3H

（低發(fā)品系）（高發(fā)品系）

↓

B6C3F1（低發(fā)品系）第51頁，共98頁，2023年，2月20日，星期一雜交群動物的特點及應用具有雜交優(yōu)勢，生命力強，抗病力強，繁殖力強；適用于攜帶保存某些有害基因和長時間的慢性致死實驗，可作為代乳動物，卵、胚胎、卵巢移植的受體。具有與近交系相似的遺傳均質性，基因型相同；可接受個體間、親本品系細胞、組織、器官、腫瘤移植，用于免疫學、發(fā)育生物學研究。遺傳和表型的一致性：其實驗結果的重復性好；廣泛用于營養(yǎng)、藥物、病原和激素的生物學評價.具有雙親的特點，具有正逆交配特點；第52頁，共98頁，2023年，2月20日，星期一國際分布廣，可以用于各類實驗研究；實驗結果便于國際上進行重復和交流。雜種一代本身不能進一步繁殖而同時保持其遺傳組成不變。因為它們不能真實繁殖干細胞、移植免疫、單克隆抗體的研究細胞動力學研究第53頁，共98頁，2023年，2月20日，星期一雜交群動物的生產雜交群動物的繁殖只能將兩個用于生產雜交F1代動物的親本品系或種群進行交配，所得子代即為雜交F1代動物。F1代動物直接用于實驗，不能留種。親本規(guī)模大小可根據F1動物的需要量來決定。需要說明的是，F1代動物互交后的子代F2代動物，在個別的科學研究中時有應用。各種雜交方式如下：第54頁，共98頁，2023年，2月20日，星期一各種雜交方式F1代回交F2代三元雜交四元雜交A×B

F1A×B

F1×B

回交A×B

F1×F1

F2A×B

F1×C

三元雜交群A×BC×D

F1×F1

四元雜交群第55頁，共98頁，2023年，2月20日，星期一雜交F1代動物的維持雜交F1代動物的親本必須是近交系動物，按實驗的要求進行計劃雜交，雜交的子代只能作實驗用，不能作為種用，如果要生產雜交F1代動物，只能維持兩個親本近交系的存在。作為親本品系近交系的選擇主要取決于實驗研究對雜交F1代遺傳組成的要求，在這個前提下，可以選擇遺傳上差異較大的品系進行雜交以提高雜交優(yōu)勢的程度。如C3HXC57BL/6F1與C57BL/6XC3HF1的不同。第56頁，共98頁，2023年，2月20日，星期一第四節(jié)、突變系動物基本概念:

帶有特殊突變基因的品系動物。人們把具有突變基因的動物稱為突變動物,將這些突變動物按照科學研究的要求進行定向培育，使育成的動物符合實驗要求，稱其為“突變系”動物。命名:

在原品系名后加橫線，橫線后加上突變基因的符號。如129-dy

第57頁，共98頁，2023年，2月20日，星期一突變系動物的應用

現在已經發(fā)現的小鼠突變基因有648個,家兔有76個,大鼠有105個和豚鼠有38個。這些突變型動物，有的已應用在科學研究中，特別是那些與人類某種疾病相類似的突變型動物已用做動物模型進行研究。有與人類疾病相似的肥胖癥和糖尿病小鼠、肌肉萎縮癥(dy)小鼠、溶血性貧血(ha)小鼠等。廣泛使用的無胸腺裸鼠，由于它缺乏胸腺,因此是免疫學研究的重要動物模型。裸鼠能接受多種人類癌細胞的移植，并已成為癌癥機理的研究和治療癌癥藥物篩選的良好動物模型。裸鼠還能感染麻風桿菌，這對研究麻風的發(fā)病機理和制造麻風菌苗提供了動物模型。

第58頁，共98頁，2023年，2月20日，星期一突變系動物繁殖

(一)培育純合子型的突變系：連續(xù)選擇攜帶目的突變基因同時有繁殖能力的兄妹進行交配，使其子代基因純合，經過20代即可育成。

第59頁，共98頁，2023年，2月20日，星期一1.單一隱性

嚙齒動物中大多數常見毛色的基因屬于這種類型。純合的單一隱性基因雖然是反常,但能良好的生活和繁殖。以白化(c)為例，簡單的繁殖方法是白化之間的交配，就能生產全部白化的后代。

cc×cc→全部cc(白化)

有時為了保持動物健壯，需要與其它品系進行異型雜交。如果另一品系是正常的毛色基因型，異型雜交所產生的全部雜合子，其表現型是正常的。

cc×＋＋→全部c＋(正常)

再把雜合子(c＋)互相交配，可以預期得到1/4白化和3/4正常型。

c＋×c＋→1/4cc(白化);1/2c＋(正常);1/4＋＋(正常)

然后再用白化與白化交配，可以生產出全部白化動物。采用白化與雜合(c＋)回交,可以產生半數白化和半數正常的動物。

c＋×cc→1/2cc(白化)：1/2c＋(正常)

回交具有許多優(yōu)點，它產生的子代具有數量相等的雙親基因型，因此可以世世代代地重復交配繁殖。另外，它生產的子代是一半正常一半反常的，所以當研究需要正常的同一胎子代作為對照時，那么這種交配方法最為適用。

第60頁，共98頁，2023年，2月20日，星期一2.顯性

繁殖顯性突變原種，最常用的交配方法是采用雜合子突變與正常動物交配。這個結果能生產相同數量的突變型和正常的子代。以小鼠短卷毛為例。

Re＋(短卷毛)×＋＋(正常)→1/2Re＋(短卷毛):1/2＋＋(正常)

如果是雜合子之間的交配，則將能生產3只突變型和1只正常。

Re＋×Re＋→1/4ReRe（短卷毛）:1/2Re＋(短卷毛):1/4＋＋(正常)

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(二)培育雜合型的突變系當突變基因的兩性中的一性或兩性不能繁殖時，多采用育成雜合型的近交系，以保持其突變基因不被丟失。有兩種方式：

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有的突變型缺陷嚴重地危害純合子動物的生理功能，而使其喪失繁殖能力。例如小鼠隱性“無毛”(hr),因為純合子(hr/hr)母鼠不能哺育乳鼠，所以不能用純合子之間的交配。但因無毛雄鼠能繁殖，因而采用無毛雄鼠與雜合(＋hr)雌鼠回交的繁殖方法。

Hr/hr♂×＋hr♀→1/2hrhr:1/2＋hr.

又如裸鼠(nu/nu)，它繁殖困難，生產能力極低，因而限制了使用范圍。約2/3的純合裸雄鼠不育和所有純合裸雌鼠不哺育仔鼠。因此在這種情況下，只有使用雜合子與純合子之間交配繁殖。

nunu♂×＋nu♀→1/2nunu:1/2＋nu.有人報導使用1只純合雄鼠(nu/nu♂)配3只雜合雌鼠(nu/＋♀)，結果平均每月每籠離乳的裸鼠為8.5只，占整個離乳幼鼠的43%。1.隱性純合中的一性是不良的繁殖者

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2.隱性純合中的兩性都不能繁殖

如果隱性純合的兩性都不能繁殖，則飼養(yǎng)繁殖該基因型的原種就較為困難。小鼠垂體性侏儒(dw)基因就是一個例子，純合子侏儒(dw/dw)缺乏垂體生長激素并且兩性都不育。假如采用雜合子之間的交配，即能生產1/4侏儒和3/4正常的子代。

＋dw×＋dw→1/4dwdw(侏儒):1/2＋dw(正常):1/4＋＋(正常)

表現型正常的動物中有2/3是雜合子(＋dw)，適用于繁殖侏儒鼠,但是在外貌上無法與正常純合子(＋＋)相區(qū)別，所以外觀正常的動物用“＋dw?”標記。測試外貌正常的基因型要經過試驗。其方法有二：

(1)取1只＋dw?與另一只已知的雜合子(＋dw)交配，如其子代產生1/4侏儒仔，則可證明此待查＋dw?動物是＋dw；如這種試交的結果,子代中沒有侏儒仔,則該動物則是++。

(2)把未知的子代互相隨機交配。表現型正常的動物有2/3機會是雜合子(＋dw)。這樣合在一起將有2/3×2/3＝4/9的機會是預期的基因型。因此,可以平均接近1/2產生侏儒仔。

如果交配結果不產生侏儒仔，

則必然是這一對中有一只或二只是正常的純合子(++)。

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第五節(jié)、近交系和遠交群遺傳的

差異及其應用1.遺傳基因位點純合性近交品系其任何一個基因位點的純合率高達98.6％以上，故動物群體不會攜帶未知的隱性基因。采用近交類型動物進行實驗時，不致因隱性基因的暴露而影響實驗結果。雜交F1代動物可能會有很高的雜合性，但由于其遺傳組成均等地來源于兩個親本近交系，所有個體間在遺傳上極為一致，從而在實驗中不會存在隱性基因的影響。相反，遠交群動物攜帶有許多隱性基因，個體基因組有較高的雜合性，群體呈現多態(tài)現象。第65頁，共98頁，2023年，2月20日，星期一

近交品系內的所有個體都可追溯到其原始的一對共同祖先，其遺傳組成上完全相同，因此在同一品系內動物個體間進行皮膚移植和腫瘤移植不被當作異已而被排斥，實驗結果重復性較高。遠交群由于采取隨機交配方式，缺乏遺傳同源性，其遺傳組成較接近于自然狀態(tài)下的動物群體，基因呈現雜合性和多態(tài)性，群體內動物個體之間遺傳差異較大，而不象近交系那樣所有個體的遺傳都是一致的，因此遠交群內個體成員間的組織移植會被排斥。其原種在分離出亞群之后，必然造成亞群與原種群以及亞群之間的差異，導致實驗結果難以比較。

2.遺傳組成的同源性第66頁，共98頁，2023年，2月20日，星期一

近交品系由于遺傳組成的高度純合性和同源性，使其具有長期遺傳穩(wěn)定性，因此，不同時期的實驗結果一致。相反，遠交群的遺傳組成容易受到選擇、近交和遺傳隨機漂變的影響而處于極不穩(wěn)定狀態(tài)。其遺傳組成有以下幾個特點：⑴相同品系在不同機構中維持生產，其遺傳組成可能不同。

⑵相同品系在同一機構中維持生產，其遺傳組成可能因供應時間不同而有所不同。

⑶相同品系在同一機構中維持生產，其遺傳組成可能因飼養(yǎng)設施的不同而有所不同。

⑷經過剖腹產、進行微生物凈化或冷凍胚胎保存的動物，與原群體動物有所不同。因此，即使使用同一品系，甚至同一供應單位，也可能由于供應時間不同等導致不同批次的實驗可重復性差。

3.長期遺傳穩(wěn)定性第67頁，共98頁，2023年，2月20日，星期一

4.表型一致性近交系中所有個體的特性都趨于一致，就象人類的雙胞胎一樣，這樣意味著用較少的動物，就可以達到統(tǒng)計學的精確程度。F1動物個體之間的基因型也相同，因此其表型也極為一致，F1個體之間遺傳差異較小，同樣只要用少量的動物就可以達到統(tǒng)計學的精確程度。而遠交群由于群體內具有較高的遺傳多態(tài)性而導致其表型變異較大，必須用較大量的動物，才具有統(tǒng)計學價值。第68頁，共98頁，2023年，2月20日，星期一

5.遺傳組成的獨特性

由于每個近交系在遺傳組成上是獨一無二的，具有獨特的生物學特性，如先天性畸型、高腫瘤發(fā)病率、高血壓、對某些因子的敏感和耐受等，容易成為動物模型而廣泛應用于醫(yī)學、生物學研究。但是從少數幾個近交系獲得的實驗結果不可能用來概括整個物種的情況，因此多應用于基礎研究。遠交群缺乏這種獨特性，各遠交原種之間差異較小，具有類似于人類群體遺傳異質性的遺傳組成，多用于安全性評價、藥物篩選等應用性研究。第69頁，共98頁，2023年，2月20日，星期一

6.遺傳特征的可分辨性

由于近交系群體內幾乎不存在遺傳多態(tài)性，即每個位點只有一種基因型，而不會存在其它的等位基因。且每個近交系都有明確的遺傳概貌，只要掌握了遺傳監(jiān)測方法，就可以輕而易舉地將混合在一起的兩個外貌近似的品系分辨出來。在每個遺傳位點上都可能是雜合的，群體內具有較高的遺傳多態(tài)性，加上遠交群遺傳上的不穩(wěn)定性，因此很難通過遺傳監(jiān)測對遠交群進行辨認。

第70頁，共98頁，2023年，2月20日，星期一

7.國際分布

由于近交品系的遺傳具有同源性、穩(wěn)定性和可辨性。世界各國的研究者均可飼養(yǎng)保持遺傳上幾乎完全相同的標準近交系，使各國研究結果的可比性增高。而遠交群遺傳同源性低，遺傳組成較不穩(wěn)定，同時又難以用遺傳監(jiān)測確認其遺傳上的可靠性，使得遺傳組成相同的遠交群很難分布于世界各國。第71頁，共98頁，2023年，2月20日，星期一

8.背景資料

近交品系的長期遺傳穩(wěn)定性使得每個品系都具有一份完整的研究背景資料，給研究者設計實驗和分析實驗結果帶來了許多有價值的參考信息。而遠交群由于遺傳上的不穩(wěn)定性，其背景資料的參考價值不如近交系那么高。第72頁，共98頁，2023年，2月20日，星期一

9.生活力

近交系由于近交衰退的后果，一般都具有較低的生活力和生育力，對飼養(yǎng)環(huán)境和飼料營養(yǎng)方面要求較高，飼養(yǎng)比較困難，產仔率較低，飼養(yǎng)和實驗的成本較高。這一特征也使得動物不能接受劇烈的實驗處理，如大劑量的毒性實驗或器官移植實驗等。而雜交F1代由于雜交優(yōu)勢，對環(huán)境變化要求不很敏感，生活力較強。雜交F1代在這方面可以彌補近交系的不足。遠交群由于保持其基因組的雜合優(yōu)勢，具有較高的生活力和繁殖力，生產飼養(yǎng)和實驗成本相對較低。在這一點上優(yōu)于近交系，也是常成為研究者選擇遠交群的主要原因之一。第73頁，共98頁，2023年，2月20日，星期一近交系、雜交F1代和遠交群及非遺傳限定動物特性的比較特性近交系雜交F1代遠交群非遺傳限定動物同基因性純合性遺傳穩(wěn)定性可分辨性表型一致性遺傳獨特性生活力國際分布背景資料高高高高高高低很廣多高低高高較高較高高很廣中等不高低（可變性）低中等中等中等中等有效中等低低低低低低高極有限少第74頁，共98頁，2023年，2月20日，星期一第六節(jié)實驗動物遺傳質量控制

實驗動物遺傳質量控制包括兩方面：一是有目的地改造和繁育新的具有特定遺傳背景的動物；二是運用各種科學手段去維持、監(jiān)測動物的遺傳性狀。（一）實驗動物育種

1.定義：通過控制和改變原種的遺傳物質、個體的發(fā)育過程和動物生活的必需環(huán)境，以及選擇特殊的性狀表現范圍等手段人為地篩選、改變和重建某些生物學特性，并采用不同的交配方式使之固定和維持。育種是遺傳控制的第一步。2.育種目的：獲得遺傳上高度限定的動物，為各項科學研究提供合適的實驗材料。3.育種方法：主要有選擇、雜交、近交及轉基因技術和嵌合體技術等。第75頁，共98頁，2023年，2月20日，星期一（二）實驗動物保種1.定義：由于已育成的實驗動物品系易受到內部和外部各種因素的影響而導致其生物學特征發(fā)生改變，因此，實驗動物保種就是根據不同對象采用近親交配、雜交、隨機交配等不同的保種方法，以保持動物的遺傳組成特征長期穩(wěn)定不變，實驗動物保種是實驗動物遺傳質量控制的主要內容。2.影響實驗動物遺傳組成發(fā)生變化的因素

⑴影響遠交群動物遺傳組成的因素:

①遺傳污染②遺傳漂變③近交

④基因突變⑤選擇

⑵影響近交系動物遺傳組成的因素:①殘余雜合性②基因突變③遺傳污染第76頁，共98頁，2023年，2月20日，星期一

3.遠交群動物的培育和維持遠交群動物的培育和維持要求不能從外界引入新的基因，同時又要盡可能避免群體內基因的丟失，保持群體內基因頻率的平衡和穩(wěn)定。為了避免遠交群遺傳雜合性降低和基因頻率的改變。

⑴在遠交群的維持過程中要注意以下幾個方面：

①隔離：要保持群體與外界的隔離，同時又要避免群體內個體之間發(fā)生隔離，使每個個體和所有異性都有同等的交配繁殖機會。

②選擇：在培育和維持過程中，除了對不健康個體和異常個體進行淘汰之外，應該避免對任何特征進行選擇，包括動物繁殖能力的選擇。第77頁，共98頁，2023年，2月20日，星期一

③有效群體大?。喝后w較小將導致近交個體大量增加，群體雜合性降低，隨機漂變增加。這些變化都會使群體偏離原有的遺傳組成。有效群體大小可用下列公式計算：

Ne=4NmNf/（Nm+Nf）這里Nf表示雄性個體數，Nm表示雌性個體數。國際實驗動物委員會規(guī)定遠交群動物每代近交系數增加率△F不得超過1%。根據公式△F=1/2Ne，我們可知每代動物數量不能少于25對。

④群體封閉時間：要培育出一個新的封閉群，至少要達到15代后，其群體的基因型頻率才能達到相對穩(wěn)定。以小鼠為例，1年大體繁殖3代，要達到15代，就需要5年時間，因此，5年確定為小鼠封閉群的最低年限。第78頁，共98頁，2023年，2月20日，星期一

⑵封閉群動物的繁殖方法

①最佳避免近交法：當封閉群中每代交配的雄種動物數目為10～25只時，一般采用最佳避免近交法。其方法如下：最佳避免近交法的交配編排n+1代籠號雌種來自n代籠號雄種來自n代籠號123…8910…16135…1524…16246…1613…15第79頁，共98頁，2023年，2月20日，星期一

②循環(huán)交配法：當封閉群中，每代交配的雄種動物數目為26～100只時，一般采用循環(huán)交配法。方法如下：將封閉群劃分成若干組，每組包含數量相當的多個繁殖單位，然后各個組之間進行循交配。循環(huán)交配法組間交配編排新組編號雄種動物原組編號雌種動物原組編號123456135246246135

③隨機交配法：當封閉群中，每代交配的雄種動物數目多于100只時，多采用此法。也可采用循環(huán)交配法。方法：是飼養(yǎng)者從每代離乳動物中隨機選取種動物，然后任選雌雄動物進行交配繁殖。第80頁，共98頁，2023年，2月20日，星期一

4.近交系的保種：無論是自己培育的近交系，還是從外單位引進的近交系原種，其種群的維持保種主要有以下三種方法：

⑴單線法：每代通常選留3～5對兄妹作為種，但僅有一對向下傳遞，生產的種個體均一，選擇范圍小，由于只有單線的后代，有斷線的可能。

⑵平行法：選3～5對兄妹，每個兄妹對都選留一對作為下一代種鼠，一代代延續(xù)下去，選擇范圍大，線與線之間不均一，易產生亞系分化。

⑶選優(yōu)法：該法保留了上述兩個方法的優(yōu)點，克服兩個方法中的缺點，是較好的保種方法，近交系動物的保種通常都采用這種方法。這種方法可以比較平行譜線上的繁殖力，防止斷種，淘汰在遺傳監(jiān)測中發(fā)現有遺傳改變的譜系分支，同時保證不發(fā)生動物品系的亞系分化。一般保持2～4個平行譜系分支，在4～7代時進行一次修飾。如圖所示：第81頁，共98頁，2023年，2月20日，星期一近交系培育和保種的基本方式

單線法平行法選優(yōu)法第82頁，共98頁，2023年，2月20日，星期一

5.近交系動物遺傳學管理

⑴、動物飼養(yǎng)室應保持清潔整齊，籠子應完好無損，防止動物逃逸。

⑵、毛色相同，不易區(qū)別的各種品系動物，應盡量安放在不同的地方。

⑶、不同品系動物應采用不同顏色的籠子標簽，以防混雜。⑷、動物飼養(yǎng)人員應接受培訓，包括基本的遺傳知識和動物操作技能的培訓。第83頁，共98頁，2023年，2月20日，星期一⑸、動物飼養(yǎng)人員要隨時檢查，并報告所發(fā)現的不正常情況，諸如斷奶時的小仔數比出生時的窩仔數多等情況。在近交系生產時有目的地剔除異常的，繁殖力明顯衰退的動物。⑹、逃出籠子外的動物，應及時消滅，不應放回籠子內。

⑺、基礎群動物應由資深管理人員負責飼養(yǎng)。第84頁，共98頁，