No.3实验动物的遗传及质量控制.ppt

第三章 实验动物遗传质量与监测 Zhang Bing 第三章 实验动物的遗传及质量控制 1. 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。 2. 实验动物的遗传学分类和各类实验动物 的特点和应用。 3. 各类实验动物的命名原则。 4. 实验动物的遗传质量控制 第三章 实验动物遗传质量与监测 Zhang Bing 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。 第三章 实验动物遗传质量与监测 Zhang Bing 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、鸡. 第三章 实验动物遗传质量与监测 Zhang Bing 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。 第三章 实验动物遗传质量与监测 Zhang Bing 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 种兔。 第三章 实验动物遗传质量与监测 Zhang Bing 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）。 第三章 实验动物遗传质量与监测 Zhang Bing 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 第三章 实验动物遗传质量与监测 Zhang Bing 2)、独特的生物学物性： （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。 第三章 实验动物遗传质量与监测 Zhang Bing 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。 第三章 实验动物遗传质量与监测 Zhang Bing 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 概貌上的差异，而同一品种内这差异是有限的。 第三章 实验动物遗传质量与监测 Zhang Bing 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 第三章 实验动物遗传质量与监测 Zhang Bing 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- (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% 第三章 实验动物遗传质量与监测 Zhang Bing 519 第三章 实验动物遗传质量与监测 Zhang Bing 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。 第三章 实验动物遗传质量与监测 Zhang Bing 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 、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。） 第三章 实验动物遗传质量与监测 Zhang Bing 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体片段上的 某一基因不同。 第三章 实验动物遗传质量与监测 Zhang Bing （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。 第三章 实验动物遗传质量与监测 Zhang Bing 重 组 近 交 系 通常从F2代平行培育出一系列重组近交系 第三章 实验动物遗传质量与监测 Zhang Bing 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。 第三章 实验动物遗传质量与监测 Zhang Bing (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 第三章 实验动物遗传质量与监测 Zhang Bing （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，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) 第三章 实验动物遗传质量与监测 Zhang Bing （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 ) 第三章 实验动物遗传质量与监测 Zhang Bing （六）支系命名 在原品系后附加1个小写英文字母 1、代乳后的品系： 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 ) 第三章 实验动物遗传质量与监测 Zhang Bing （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，并代乳培育而成。 (四、近交系动物的命名 ) 第三章 实验动物遗传质量与监测 Zhang Bing （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 ) 第三章 实验动物遗传质量与监测 Zhang Bing 基因位点纯合性 近交系动物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 第三章 实验动物遗传质量与监测 Zhang Bing 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） 第三章 实验动物遗传质量与监测 Zhang Bing 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 第三章 实验动物遗传质量与监测 Zhang Bing 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 B6 BALB/c C DBA/2 D2 C3H C3 CBA CB 第三章 实验动物遗传质量与监测 Zhang Bing 第三章 实验动物遗传质量与监测 Zhang Bing 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。 第三章 实验动物遗传质量与监测 Zhang Bing 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。 第三章 实验动物遗传质量与监测 Zhang Bing 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，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。 第三章 实验动物遗传质量与监测 Zhang Bing 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） 第三章 实验动物遗传质量与监测 Zhang Bing 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1 3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：NMRI 3、封闭群中突变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 第三章 实验动物遗传质量与监测 Zhang Bing 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 第三章 实验动物遗传质量与监测 Zhang Bing 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 第三章 实验动物遗传质量与监测 Zhang Bing 第三章 实验动物遗传质量与监测 Zhang Bing 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 ？ 第三章 实验动物遗传质量与监测 Zhang Bing 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。 第三章 实验动物遗传质量与监测 Zhang Bing 三、基本特性与优点 特性 u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 和父系。 u杂种一代携带许多杂合位点，但其个体在遗传上 是一致的。 第三章 实验动物遗传质量与监测 Zhang Bing （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。 第三章 实验动物遗传质量与监测 Zhang Bing 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） 第三章 实验动物遗传质量与监测 Zhang Bing 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） 第三章 实验动物遗传质量与监测 Zhang Bing 相同基因型与不同基因型动物特性的比较小结 相同基因型不相同基因型 近交系杂交F1代动物封闭群 同基因性高高不高 纯合性高低 遗传稳定性高高低 检定客观指标高高中等 表现型一致性高较高中等 独特性高较高中等 生命活力低较高中等 背景资料多中等中等 国际分布很广很广有限 第三章 实验动物遗传质量与监测 Zhang Bing 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。 第三章 实验动物遗传质量与监测 Zhang Bing 同学查找相关 资料,学习了解 检测方法! 第三章 实验动物遗传质量与监测 Zhang Bing 建立遗传概貌图： 实验动物