实验动物遗传学及质量控制精要.ppt

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1、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

2、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（Inbred strains)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（Mutant strains)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(specie

3、s)：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

4、，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,引自Jackson Lab website,大鼠种系资源比较,引自Jackson Lab website,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

5、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

6、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 coefficient o

7、f inbreeding 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coefficient of relationship 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,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

8、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：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

9、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。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78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 International Committee On Standardized Genetic Nomenclature for MiceMouse

10、 News Letter小鼠新闻通讯Inbred strain of Mice近交系小鼠（1）一般以大写英文字母命名，应尽量简短，14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(subs

11、train):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（genetic contamination）(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，D

12、BA/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/c,8.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

13、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

14、“+”或“-”的符号分别表示植入或去除。例：C3H/HeNMTV+,支系的命名,9.常用小鼠近交系名称缩写,常用英文缩写符号,ICLAS 国际实验动物科学委员会(International Committee of Laboratory Animal Science)WHO 世界卫生组织（World Health Organization）NIH或N 美国国立卫生研究所（National Institute of Health）COBS 以无菌手段剖腹取出后饲养在屏障环境的动物（ceasarear originated barrier sustaied）An 美国国立肿瘤研究所H.B.Ande

15、wont博士Bir Birmingham大学肿瘤研究所ICR 美国国立肿瘤研究所(Institute for Cancer Research)Gro 荷兰Groningen大学遗传研究所J或Jax 美国杰克逊实验室（Jackson Memoriai Laboratory）JCR 日本国立肿瘤研究所(Japan National Institute for Cancer Research)Lac英国医学研究委员会（Medical Research Committee,MRC）实验动物中心(Laboratory Animal Centre,Lac),二、近交系动物的特性,1、同和性 在一个近交系内

16、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。遗传变异或基因突变的机率极低，并及时清楚遗传变异的动物。如DBA小鼠已维持近100年。5、可分辨性 近交系动物在遗传上已有分型，可根据这些位点的分型很快地将两个外貌相似的近交系分辨出来。6、

17、个体性 从整个近交系动物来看，每个品系在遗传上都是独立的，在某些情况下，品系间的差别显示在量上，而不在质上。便于筛选。如津白I（TA1）为抗癌品系，而津白II（TA2）为高乳腺癌。,7、分布的广泛性 大部分近交系动物分布在世界各地，不同地区、不同国家的科学家有可能去重复或验证已取得的理论和数据。8、背景资料和数据较为完善 近交系动物在培养和保存过程中都有详细的记录。对于设计新的实验和解释所得结果提供了便利条件。,三近交系动物的分类和应用,普通近交系 重组近交系 同源近交系：同源突变近交系 同源导入近交系 分离近交系,1.普通近交系:普通近交系动物是通过至少（或相当）20代以上兄妹或亲子交配之后

18、培育成。应用：节省样本量。组织细胞或肿瘤移植,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。,2.重组近交系(recombinant inbreed strain,RI)由两个无血缘关系的近交系杂交后，得到F2代，分组分别继续20代以上的兄妹交配而育成的近交系动物。为重组近交系提供亲代的两个近交系称为祖系。该品系动物既具有其双亲品系的特性。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

19、用实验材料。命名：用大写英文“X”号将两个亲代近交系动物的缩写符号连在一起后，按顺序冠以A B C 字母，或加上一波折号，标上阿拉伯数字。如：BALB/c和 C57BL/6两个近交系杂交育成的一组重组近交系，分别命名CXB1、CXB2等。,3.同源突变近交系(coisogenic inbred strain)：（1）突变系动物 是带有突变基因的品系动物。动物遗传基因发生突变而具有某些特殊性状表现。人们把发现的具有基因突变的动物称为突变株，相同突变株的动物为突变系。有近交突变系，也有远交突变种。（2）同源突变近交系 两个近交系除了一个指明位点等位基因不同外，其它遗传基因全部相同的品系。是某个近交

20、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。,（3）同源突变近交系的命名 在品系（亚系）的名称之后加连字符和突变基因符号（斜体）当突变基因处于杂合子状态时，符号中应包括一个正号来指示 同源突变近交系的代数用M表示 如：NIH-nu/nu，NIH-nu/+；BALB/c-nu/nu；BALB/c-nu/+；如：C57BL/6J-bg表示C57BL/6J携带bg基因；如：C57BL/6J-bg/+；如：C57BL/6J-bg(F58+M+F20)表示C57BL/6J第58代突变，然后又进行20代近交。,（4）常见

21、的突变系（突变近交系）肥胖症与糖尿病小鼠（obesity and diabetes，ob):ob突变系小鼠纯合子46周龄时，糖尿病开始发作，910周龄发病率最高，所患糖尿病与人的糖尿病非常相似，在临床医学研究经常采用。,肌肉萎缩症小鼠（Dystrophia muscularis，dy）:dy纯合子小鼠出生2周之内后肢萎缩，步行困难，与人的肌肉营养障碍症十分相似。无胸腺裸小鼠（Nude mice，nu）:T淋巴细胞功能缺陷小鼠。,4.同源导入近交系(congenic inbred strain)：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

22、个很小的染色体片段上基因不同。,同源导入近交系命名：命名是在背景品系的全名或缩写符号后，加某些符号.一个圆点和一个供体品系符号的缩写，然后加连字符与目的基因符号。如：B10129-H-2b，表示以C57BL/10sn(=B10)为遗传背景的品系，导入129品系上的等位基因H-2b。如果用同样的供体作几次导入，用括号里的数字或字母来区分导入的第几次。例如：B10129(12M)-H-2b，表示背景品系是B10，第12次导入了129品系的H-2b等位基因。供体品系不是近交系，或遗传的差异是复杂的，或这个品系已广泛使用而众所周知时，可使用稍微不完整的符号。如BALB/c-nu/+表示携带杂合nu基因

23、的BALB/c品系.,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。,1、动物的交配方式：近交、杂交、远缘交配、随机交配 2、近交系保种：育成的近交系严格按全同胞方式进行交配。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，保种过程随时分离或淘汰遗传变异的个体。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和建立系谱。,四、近交系动物的维持,四、近交系动物的维持,第三节 封闭群动

24、物,群体的概念 所谓群体是指生物的一个种、一个亚种、一个品系、品种或其它类群的所有成员之和。在生物的进化历史中，单个生物个体的存在与否是无意义的，生物只有以群体的方式生存，这个物种才能存在与发展。,基因频率和基因型频率 基因频率（gene frequency）就是在一个群体中某一种基因的数量与占据同一基因座的全部等位基因总数的比例，取值范围在0到1之间，通常写成小数的形式。基因型频率（genotype frequency）就是在二倍体的生物群体中，某一个基因座的特定基因型(如AA、Aa和aa）在其全部基因型中所占的比例，取值范围在0到1之间，通常也写成小数的形式。Hardy-Weinberg定

25、律 在一个大的随机交配的群体内，如果没有突变，选择和迁移因素的干扰，则该群体每一世代基因频率和基因型频率保持不变。,一个群体既不以近交形式进行交配，也不引入任何外来血缘，在封闭条件下交配繁殖，从而保持了群体的一般遗传特征，又具有杂合性，我们称之为封闭群。ICLAS(国际实验动物科学委员会)规定，以非近亲交配方式进行繁殖生产的一个种群，在不从外部引入新的血缘条件下，至少连续繁殖4代以上称为封闭群。封闭群可分为远交种（outbred）和突变种。,一、封闭群（closed colony),二、封闭群动物的特点及应用,1、封闭群动物避免了近亲交配，具有较强的繁殖力和生活力，表现为每胎产子多，胎间隔较短

26、，仔鼠死亡率低，生长快，成熟早，寿命长，对疾病的抵抗力强。在饲养繁殖过程中无需详细记录谱系，成本低，易繁殖，可大量生产，充足供应。广泛应用于一般实验及学生的教学实验。2、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。,3、由于封闭群动物的遗传组成具有很高的杂合性，所以在遗传学研究中可作为选择实验的基础群体，用于对一些性状遗传力的研究。4、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SHR大鼠。5、由于其可携带大量的隐性有害基因，可

27、用于估计群体对自发或诱发突变的遗传负荷能力。,SHR大鼠,青蓝紫兔,ICR小鼠,SD大鼠,常用的封闭群动物,比格犬,1.一般以2-4个大写英文字母命名，如NIH小鼠。2.种群保持者名称：种群名称。种群保持者名称为14个英文字母的缩写，首字母大写，其余小写。如 N：NIH表示美国卫生研究院（N）保存的NIH小鼠。3.由于历史原因已广泛使用的封闭群动物，沿用其原来的名称。如：Wistar大鼠，New Zealand兔4.突变种的命名是在封闭群命名的基础上加上突变基因的符号，用连字符相连，基因符号用斜体字。如：N：NIH-nu/nu表示由美国国立卫生研究院保存的，带有纯合裸基因的NIH小鼠。Lac:

28、LACA-Hh/+表示英国实验动物中心保存的带有杂合半肢畸形基因的LACA小鼠。,三、封闭群动物的命名,原则：尽量保持封闭群动物的基因异质性及多态性，避免近交系数随繁殖代数增加而上升过快。近交系数增量：F1/2N N：群体个数，N应在50以上。国际实验动物委员会规定封闭群每代近交系数增加量不得超过1，由F1/2N得到每代动物数量不能少于25对。在雄种数100只以上时，应采用随机交配方式；雄种数1025只时，采用最佳避免近交法；26100只时，采用循环交配法。,四、封闭群动物的维持,采用随机交配的繁育体系，要求这个繁育体系能保持严格的家系记录并最大限度地避免动物近交。方法：1.随机数表配对法：将

29、断奶后的小鼠编号，按随机数表组成配种对2.分组交配法3.循环配对法,五、封闭群动物的繁育体系,第四节 杂交F1代动物,一、杂交F1代动物（F1-hybrid)杂交群是指由不同品系和种群之间杂交产生的后代。由两个无关的近交系杂交生育的第一代动物，其遗传组成均等地来自两个近交系，遗传均一、基因型相同、表现型一致的动物。如：AKRDBA/2：AKD2F1两个用于生产杂交F1代的近交系称为亲本品系（parental strain),提供雌性的为母系(maternal strain),提供雄性的为父系(paternal strain)。杂交F1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

30、位基因分别来自母系或者父系。可能是纯和基因也可能是杂合基因。,杂交F1代动物虽然基因型是杂合的，但个体间的遗传型与表现型都是一致的，符合实验动物有明确遗传背景的基本要求，在实验研究中应用时能获得一致的、可重复的、正确的实验结果。杂交F1代动物不是一个品种或品系，因为它不具有育种功能，不能自群繁殖出与杂交F1代相同基因型的动物，如果进行自群繁殖则在F2时会发生遗传上的性状分离。,1、遗传和表型的一致性：杂交F1代的基因不是纯和子，但个体间基因型是整齐一致的，遗传性是稳定的，表现型也一致。故可获得精确度很高的实验结果，广泛用于营养、药物、病原和激素的生物学评价。2、基因型一致：杂交群动物虽然具有杂

31、合的遗传组成，但个体间基因是相同的,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。如采用BALB/c与其它近交系F1代小鼠制备单克隆抗体，所产生的高效价抗体腹水量比单独使用BALB/c小鼠，要多。3、与近交系相比具有杂交优势：近交系动物的生活力、对疾病的抵抗力、对实验的耐受性都较差，而且较难繁殖和饲养，反之，F1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。在某些方面比近交系更适用于科学研究。可作为代乳动物，卵、胚胎、卵巢移植的受体。,二、杂交F1代动物的特点及其应用,4、作为某些疾病研究的模型：如（NZBXNZW）F1是自身免疫缺陷的模型；（C3H

32、XIF）F1为肥胖病和糖尿病的模型。5、在医学生物学中的应用1.干细胞的研究2.移植免疫的研究3.单克隆抗体研究4.细胞动力学研究5.作为某些疾病研究的模型,杂交群应按以下方式命名：雌性亲代名称在前，雄性亲代名称居后，二者之间以大写英文字母“X”相连表示杂交。将以上部分用括号括起，再在其后标明杂交的代数（如F1等）。对品系或种群的名称可使用通用的缩写名称。例如：（C57BL/6 DBA/2）F1=B6D2F1同样两个近交系杂交可以培育出两个不同的杂交F1代，这两个杂交系的主要区别是：（C57BL/6XDBA/2）F1雄性的Y染色体，来自DBA/2；（XX）（XY）（DBA/2XC57BL/6）

33、F1雄性的Y染色体，来自C57BL/6。母性因素，前者来自C57BL/6，后者来自DBA/2，包括细胞质成分，子宫环境和母乳。,三、杂交F1代动物的命名,1、杂交组合的选择：根据研究需要和各个品系的特性选择杂交组合，例如（C57BL/6XC3H）F1为乳癌低发小鼠；而（C3HXC57BL/6)F1为乳癌高发小鼠。建立F1代小鼠一定要通过不同杂交组合的对比观察，从中选出最理想的杂交品系组合。2、交配方法：繁殖F1代目的是为了在一定时间内，提供较大量的遗传均一的实验动物，交配方法最好为循环交配或定期交配进行生产。此法可使9095%的SPF小鼠在同居后的第一个发情期怀孕，因此每胎生产日期比较集中，可

34、成批提供数量较多，体重和年龄较为接近的F1小鼠。,四、杂交F1代动物的繁殖,常用杂交F1代使用频率,国际上常用的杂交F1代小鼠,一、遗传改变的原因1、近交系遗传改变的原因残余的杂合性，尽管我们采用严格的兄妹交配，20代后还是存在1.4的残余杂合性，杂合子个体在受精率、繁殖率和生活力上均远远超过纯合子遗传型个体，在群体中扩散引起群体遗传变异。人为失误造成外来的基因组杂交进一个近交系，产生遗传污染。,第五节 遗传质量监测,染色体片断存在重复，缺失，易位，倒位，基因位点存在突变，若这些变异在繁育过程中固定下来，会引起群体遗传改变。遗传突变，来自DNA序列的变化，这种变化可能是某核苷酸碱基的置换、缺失

35、或插入。各种品系分布到各地长期隔离，造成品系特性发生很大变异。,2、封闭群（远交群）遗传改变的原因 最主要是选择，同近交系一样，遗传污染和基因突变都能造成远交群差异，但远交群等位基因分布改变的主要原因在于选择。要保持一个远交群所有基因频率的相对比例没有变化，最恰当的核心繁育群应有1000个动物。但事实上不可能做到这一点，特别是近代，人们为了控制微生物污染，采用剖腹产和悉生生物学技术定期地重建新的群体。在重建过程中，群体骤然变小，近交系数必将上升，因而导致杂合性下降，这也意味着某些基因被固定下来。在不同的单位这种对位点的不同固定，往往导致了同一品种动物等位基因分布的改变。,二、遗传学监测方法,由

36、一个基因和多个基因决定的任何特征都能用来检测一个品系。常用的检测特征 形态学特征：毛色基因检测法，下颌骨形态法免疫学特征：皮肤移植法，混合淋巴细胞培养法酶和蛋白质：生化标记法分子生物学：限制性酶切片断多态性，DNA指纹图，小卫星DNA标记，微卫星DNA标记,1.毛色基因检测 原理：小鼠的毛色等位基因A、B、C、D分别位于第2、4、7、9条染色体上。A、B、C、D基因对其相应的a、b、c、d等位基因是显性；而C基因又是其它色素基因的上位基因，当cc隐性基因存在时，细胞内缺乏酪氨酸酶而不能合成色素，因此不论其它控制色素生成的基因是什么，小鼠均表现为白化。小鼠毛色表现型与基因型的关系是“A-B-C-

37、D-”为野生色；“A-bbC-D-”为桂皮色；“aaB-C-D-”为黑色；“aabbC-D-”为棕色；“-cc-”为白化。所以根据遗传学原理，使复隐性等位基因的小鼠（可选用纯系DBA/2小鼠，它的基因型是“aabbCCdd”淡巧克力色）与待测小鼠交配，能从其F1仔鼠的毛色推测被检小鼠的基因型。结果：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。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。,形态学方法,近交系的毛色基因,*A-野生色、a非野生色、Aw-白腹野生色、B-黑色、b褐色、C-有色、cch 青紫兰色、c白化、D-深色、d 淡色、In-铅灰、in黑灰、

38、S-无色斑、ss有色斑。,举例:兔C位点的毛色基因,C Cch Ch c 单一色 青紫蓝 喜马拉雅 白化 CC，CCch，CCh，Cc 单一色 CchCch，CchCh，Cchc 青紫蓝色 ChCh，Chc 喜马拉雅色 cc 白化,举例:兔C位点的毛色基因,New Zealand white rabbit,Chinchilla rabbit,Himalayan rabbit,动物的骨骼形态具有高度的遗传性，而各种骨骼的形态、大小及其出现的差异均可作为鉴定品系的方法。现简介英国实验动物中心Festing的下颌骨分析法，取同日龄或201g小鼠的头骨，将其煮沸3分钟以上，再用胰酶37消化24小时后用

39、清水洗净，取下颌骨置于L形直角坐标板上测量11个位点（图3-14），1-6为高度测量点，7-11为长度测量点，将各测量点的值记入表中，并列四个判别函数。,下颌骨形态分析图,2.下颌骨形态分析法,举例:五指山小型猪的遗传学监测,广东省实验动物监测所实验用五指山小型猪研究，建立实验用五指山猪封闭群；座落在环境优美的温氏科技园内;2008年取得实验动物生产许可证。,间接测定法,直接测定法,23项指标中有6项性别间差异显著,11项指标中有5项性别间差异显著间接法更具有特异性,下颌骨各变量测定值,注：雌雄比较，*P0.05，*P0.01,下颌骨各变量实测值,注：雌雄比较，*P0.05,免疫学方法,1.皮

40、肤移植该法是纯系动物遗传质量控制基本方法之一，简单方便，操作性好。小鼠与人类在其相应的染色体上有控制移植成活的一组基因位点，组成了主要组织相容性复合体（MHC）或主要组织相容性系统（MHS），小鼠的MHC称为H-2复合体，位于第17条染色体上，决定小鼠的主要组织相容性抗原（相当于人的HLA系统）。小鼠的主要组织相容性基因位点已知有56个，如H-1、H-2H-56。由于组织相容性是共显性的，所以能单独在杂合中表达。各组织相容性位点的抗原具有不同强度的抗原性。小鼠H-2位点是强抗原，引起对同种移植物产生强的排斥反应，使移植的皮肤约11天内被破坏。其余的H位点都是弱抗原，又称为次要组织相容性抗原，这

41、些位点对同种异体的移植物仅能导致延缓的排斥，这种排斥作用有的可长达百天左右。,小鼠组织相容性位点的分布,免疫学方法,皮肤移植测试时，每个品系抽取 至少4只相同性别的成年动物，进行同系异体皮肤移植。移植全部成功者为合格，发生非手术原因引起的移植物 的排斥判为不合格。,注意：放置皮片时要注意移植片的被毛与受体被毛呈相反方向。皮片在第一周内苍白、干瘪、脱落，则为技术失败。对照自体移植，技术失败率不得少于10%。皮片在第23周内发炎、水肿、坏死、结痂直至脱落，则为急性排斥。遗传污染通常引起急性排斥。皮片在第39周内逆毛逐渐脱落，直至无毛；或者因排斥留下凹陷疤痕，都为慢性排斥。遗传突变通常引起慢性排斥。

42、皮片在100d的观察期内，始终有逆毛，则为永久接受的标志。,GB14923-2010实验动物 哺乳类实验动物的遗传质量控制,移植类型与移植物的命运,生化标记法,生化标记基因检测法是近交系动物遗传纯度检测中的常规方法。近交系小鼠选择位于10个染色体上的14个生化位点；近交系大鼠选择11个生化位点；作为遗传检测的生化标记。常使用醋酸纤维膜电泳技术。待检测样品（血清、肾匀浆等）点样，进行电泳，显色。分析得到的电泳谱图，确定各待测位点的基因型，然后把这些基因型与各品系的标准遗传概貌进行对比，列出相同与不同的基因位点，从而判断被检测品系的基因纯合程度。,GB14923-2010实验动物 哺乳类实验动物的

43、遗传质量控制,GB14923-2010实验动物 哺乳类实验动物的遗传质量控制,举例：碳酸酐酶-2（Car-2），样品：溶血素，蛋白染色法,举例：酯酶1（Esterase-1，Es-1），样品：血清，酶显色板法,最近发展起来的技术还有染色体核型分带技术、以聚合酶链式反应或限制性内切酶为基础的分子生物学研究方法、非核DNA测试等。1.限制性酶切片断多态性（Restriction fragment length polymorphysims，RFLPs）技术：当动物基因组DNA被限制性内切酶消化时，酶能够识别DNA链上的特定核苷酸序列，并将其切断，使DNA裂解为片段。这些片断的长度在动物群体存在变异

44、，造成多态现象。2.DNA指纹图（DNA fingerprints,DFP）：是由DNA指纹探针产生的、多个RFLP图带组成的、具有高度变异和个体专一性的，并能稳定遗传的限制性片断长度多态性图谱。DNA指纹图具有多座位性、高度变异性和简单而稳定的遗传性三个特点。,分子生物学方法,3.小卫星DNA标记（minisatellite DNA markers）：由一组很小的重复单位（1060bp）头尾相连而构成的序列。每个重复单位均含有一个相同或相似的1015bp的核心序列。由于基因组中存在着上千个小卫星座位，某些座位的重复单位含相同或相似的核心序列，所以在一定的条件下，一个小卫星探针可以同时与多个小

45、卫星座位上的等位基因杂交，形成高度变异性和多态性。4.微卫星DNA标记(microsatellite DNA markers)：基因组中一组更小的重复单位（26bp）头尾相连而构成的序列，亦称简单片段重复（SSR）。利用微卫星DNA在不同品系间和物种间重复性的不同来研究群体间及个体间的多态性。微卫星在真核细胞中广泛存在，分布均匀，平均660kb就有1个重复序列。微卫星被用作基因作图的标记，在接近完成的小鼠遗传图中，7377个遗传标记中有6580个是微卫星的遗传标记。微卫星标记法采用从小鼠基因组中PCR扩增出微卫星侧翼序列，进行电泳以后对结果进行分析，从而判别小鼠遗传是否发生改变。,举例：微卫星

46、DNA标记法,GB 14923-2001实验动物 哺乳类实验动物的遗传质量控制GB14923-2010实验动物 哺乳类实验动物的遗传质量控制（2010年12月23日由中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局和中国国家标准化管理委员会发布，2011年10月1日正式实施）,实验动物相关国家标准,实验动物 哺乳类实验动物的遗传质量控制,1.范围本标准规定了哺乳类实验动物的遗传分类及命名原则、繁殖交配方法和近交系动物的遗传质量标准。本标准适用于哺乳类实验动物的遗传分类、命名、繁殖及近交系小鼠、大鼠的遗传纯度检测。,2.实验动物的遗传分类及命名 2.1 近交系 2.2 封闭群(远交群)2.3 杂交群3.实

47、验动物的繁殖方法：由于近交系与封闭群动物具有不同的遗传特点，因此应分别选择相应的繁殖方法 3.1近交系动物的繁殖方法 3.2 封闭群动物的繁殖方法,4.近交系动物的遗传质量监测 4.1 近交系动物的遗传质量标准 4.2 近交系小鼠、大鼠遗传检测方法及实施：生化标记基因检测、皮肤移植法 4.3 毛色基因测试、免疫标记基因检测、下领骨测量法、染色体标记检测、DNA多态性检测法等 4.4 检测时间间隔：近交 系 动 物生产群每年至少进行一次遗传质量检测。,GB14923-2010新增加内容：增加了染色体置换系、核转移系等特殊近交系的内容，与国际上最新版本的权威文件一致。增加了对遗传修饰动物说明。对封闭群动物提出检测要求。补充了杂交群的繁殖方法。对附录进行了修改。,掌握实验动物按遗传学控制分类方法。掌握近交系动物、杂交F1代动物、封闭群动物，突变系动物的定义。了解各品种品系的动物的命名方法（包括亚系和支系）。了解近交衰退及其原因。了解遗传学监测的主要方法。,本课小结（提问或考试要点）,