《近交系动物封闭》PPT课件.ppt

实验动物学,广州医学院 实验动物研究中心 2004.5,第二章 近交系动物、封闭群动物、突变系动物、杂交群动物及其在医学生物中的应用,第一节 近交系动物及其在医学生物学中的应用,一、几个基本概念,1、物种：具有一定形态和生理特征及有一定自然分布区的生物类群。物种是生物分类系统上所用的基本单位，也称为种（species）。物种是通过自然选择产生。 2、品种：是人们根据不同需要对动物进行改良、选择，即定向培育，并具有某种特定外形和生物特性的动物群体，其特性能较稳定地遗传，具有一定经济价值。品种是经人工选择培育而成。 3、品系：是起源于共同祖先的一个群体。在遗传学上，一般是指自交或近亲繁殖若干代后获得的某些遗传形状相当一致的后代。品系是实验动物学中经常使用的一个术语，是经过长期自交或近亲繁殖培育出来的。 4、杂种：未经遗传学控制而进行无计划随机交配繁殖的杂合子动物类群。,一、近交系动物的基本特点,（一） 基本概念 1近交：指在一群体中有意识地选用遗传学上血缘关系较近的雌雄个体进行交配，即有共同祖先的个体如兄妹、母子和父女之间进行交配。 （1） 近交类型：纯交、回交、互交 （2） 近交方式：全同胞兄妹交配、父女或母子交配、堂兄妹交配、叔侄交配 （3） 近交衰退：近交后代出现生长、成活、生育、抗病、适应环境等能力减退的现象。其原因：隐性有害基因的暴露、破坏多基因平衡。,（4 ）近交程度：群体内个体之间的关系。 近交系数：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：Fx=(1/2)n1+n2+1(1+FA)。 其中： Fx :X的近交系数 A:父系和母系的共同祖先 FA : A的近交系数 n1:父系中A至X的世代数 n2:母系系中A至X的世代数,血缘系数（亲缘系数）：将群体中个体间基因组成的相似程度用数值来表示。,Rxy=(1/2)n1+n2*(1+FA)/(1+Fx) (1+Fy)1/2，Rxy为0，则x、y间无亲缘关系，Rxy越大，则亲缘关系越近。 到20代时，血缘系数可达99.6%。 血缘系数的简易求法公式为：RAB=(1/2)n，其中n为A、B在家系中最短的世代之链的环节数。当A、B是一级亲属，即父母与子女或同胞兄弟姐妹时，其n值为1；当A、B为二级亲属时，其n值为2，依此类推，亲缘关系越远，则n值越大，Rxy越小。,2、 近交系动物（纯系动物）,指至少经过20代以上连续全同胞（兄妹）或亲子（父女、母子）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。,（二） 特征,1、遗传基因位点纯合性： 2、遗传组成的同源性： 3、长期遗传稳定性： 4、遗传特征的可辨性： 5、表型一致性： 6、对外界因素的敏感性： 7、遗传组成的独特性： 8、生活力（近交衰退）： 9、 国际分布广泛（引种方便） 10、 背景资料丰富 11、 生产饲养成本高,（三）优点 1、只要在相同的环境条件下都有相同的表现型和演出型，实验重复性好： 2、能制定国际上公认的标准，利于国际、行业间交流：。 3、可根据不同的实验目的选用不同品系进行实验：,（四）缺点 1、近交衰退： 2、繁殖性能、生理活动与适应性减弱： 3、对生长的环境条件和饲料中营养要求高。,（五）亚系和支系,1、亚系：在培育近交系的过程中，由于杂合子基因的分离，基因突变的产生及遗传污染而造成的遗传趋异的动物。（残留杂合、突变、遗传污染）C57BL的亚系有C57BL/10、C57BL/6等。 命名：原品系的名称后加一道斜线“/”，再在斜线后标上亚系的符号。如：A/He为A系的Heston亚系，He为亚系符号，它是美国国立肿瘤研究所W.E.Heston博士的缩写；A/Jax为美国著名的研究机构Jakson实验室的缩写；YBR/HeW。,2、支系：一个近交系或亚系内经过技术处理或改变饲养环境对动物产生遗传上的差异，出现支系。（人为技术处置、新的保持者） 命名：在原品系名称后附加一个小写英文字母标明处理方式，具体符号是：奶母代乳“f”，人工喂养“h”，受精卵或胚胎移植“e”，卵巢移植“o”，人工代乳“fh”，冷冻保存“p”等。如：C3HfC57BL表示由C57BL品系代乳的C3H近交系；C57BL/6CpeCBA/N表示C57BL/6亚系的卵（或胚胎）经冷冻保存后移植到CBA/N母鼠后产生。,二、近交系动物分类及其在医学生物学中的应用,（一） 普通近交系动物 1）概念：通过至少连续20代以上兄妹或亲子交配后培育而成的。 2）命名：一般用1-4个大写英文字母结合阿拉伯数字表示。如：A、DBA、C3H、C57BL等3） 3) 实验特点（应用）： 1、 用量少 2、 移植实验 3、 动物模型 4、 自发或诱发肿瘤 5、 比较研究,（二） 重组近交系,1）概念：由两个无血缘关系的近交系杂交后，得到F2代，分组分别经连续20代以上的兄妹（全同胞）交配而育成的近交系列组动物。 2）命名：在两个祖系名称缩写中间加大写字母X，同一组中不同的近交系可在其后顺加连字号，再加数字表示。如：AKXB、AKXB-2、AKXB-3等。,3） 实验特点（应用）： 1、分离分析：测试某个性状的遗传性和遗传规律（是否为单基因性状） 2、连锁分析：对未知基因进行染色体定位（未知基因与已知基因的连锁关系） 3、功能分析：单基因多效性或基因型与表型的关系。,（三） 同源突变、同源导入和分离近交系（同类系或同源株）,同类系：动物个体之间遗传背景是一致的，唯独第17号染色体的H-2遗传结构有差异，即除了个别位点上携带不同的基因外，其它位点上的基因都一样。如C57BL/KSJ的（H-2d）是C57BL/6J（H-2b）的同类系。同类系的产生是采用导入另外一个品系的（H-2）基因，再采取连续回交（回交到第10代）方可育成。 获得遗传上同源状态的近交动物途径有基因突变、基因导入和强制基因杂合三种方式。,1） 同源突变近交系 1、概念：两个近交系除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。 2、命名：在品系的名称后加连字号和基因符号。如：C57BL/6J-bg等。,2） 同源导入近交系 1、概念：通过杂交-互交或回交等方式将一个基因导入到近交系中，由此形成的一个新的近交系与原来的近交系只是一个很小的染色体片段上的基因不同。 2、命名：在品系的名称或名称缩写后面加“.”和供体品系名称缩写，然后加连字号和目的基因符号。如：B10.129-H-2b表示以C57BL/10品系为遗传背景，携带来自129品系H-2b同源导入近交系。,3） 分离近交系（异单基因近产系） 1、概念：在培育近交系的同时，采取一定的交配方法，迫使个别基因位点上的基因处于杂合状态。通过特殊的育种方法把这种处于杂合状态的基因加以分离纯化，就能分离出该基因位点上带有不同等位基因的两个近交系的亚系。 2、命名：在品系名称后面加连字号和杂合基因的符号。如：DW-dw/+表示DW品系在dw位点上是杂合的。,4） 应用 1、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。 2、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。 3、清楚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。 4、 对复杂的多基因形状进行遗传分析。 （四） 新型近交系动物（生物工程） 1、 嵌合体小鼠： 2、单亲纯合双倍体动物（雌核发育技术）：,三、 常用近交系动物,1、BALB/c小鼠：白色，乳腺癌发病率低，常有动脉硬化，对放射性照射敏感，生产性能良好，繁殖期长，常用于单克隆抗体和免疫学研究。 2、 C3H小鼠：黑色，野生色。乳腺癌发病率为97%，对肝癌物质感受性强，对炭疽杆菌有抵抗力，生产性能良好，所有SPF种群没有乳腺癌病毒。 3、C57BL/6J小鼠：黑色，低发乳腺癌，对放射性物质耐受性强，化学致癌物质不能诱发乳腺癌和卵巢肿瘤，对结核杆菌有感受性。 4、C57BR小鼠：深褐色，低发乳腺癌，有自发性肝肿瘤，对X射线抵抗力很强，对胰岛素敏感。 5、 ACI大鼠：黑色，腹和脚白色。易发生先天性畸形，繁殖力差胚胎死亡率高，雄鼠和雌鼠自发瘤不同。 6、M520大鼠：白色，低血压，易感囊虫，易患肾炎，大于18日龄时，易患肿瘤。,近交系动物的应用,1组织移植：个体间的组织相容性高，便于组织细胞或肿瘤移植研究。 2制作疾病动物模型：复制先天性畸形和疾病的动物模型。如糖尿病、高血压等。 3比较遗传学研究,第二节 封闭群动物（远交系动物）及其在医学生物学中的应用,一、基本概念： 1、群体：指生物的一个种、一个亚种、一个变种、一个品系或其它类群的所有成员之和。 2、封闭群动物：指一个种群在15代以上不从外部引进新种，仅在固定场所以非近亲交配方式繁殖的动物群。,二、 封闭群的理论依据,（一） Hardy-Weinberg定律的内容：在一个随机婚配的大群体中，如果没有选择、突变和迁移发生，群体中每代的基因频率和基因型频率保持不变，即该群体遗传特异性保持相对稳定。当一个群体达到这种状态时，我们就称它达到了“遗传平衡”。,（二）遗传平衡的条件 1、群体很大 2、进行随机婚配 3、没有选择（包括自然选择和人工选择） 4、没有突变发生 5、没有个体的大规模迁移,三、封闭群动物的来源与维持,（一）来源：一是来源于近交系的繁殖群及其子代，个体差异少；二是来源于非近交系，个体差异大。前者是不用兄妹交配方式保种；后者不是以培育近交系为目的。 （二）维持：主要目的是为了维持群体的性状、特征持续稳定不变，减少群体内遗传变异，不产生性质不同的个体或小群体，培养时要注意下列规则。,1、群体封闭后应维持五年以上。 2、避免产生群内隔离状态。（不要在隔离状态下繁殖） 3、“群体有效大小”应保持在50以上。 4、 不要用人为淘汰方式选种,适合度（f）：指一个生物体能生存并把它的基因传给后代的相对能力。 选择系数（s）：用来衡量某一基因在群体中不利于生存的程度的一个数值，表示生育率降低的程度。s=1-f 随机遗传漂变：指由于偶然的机会造成小群体中某一等位基因随机增减的现象。 群体有效大小：指一个自然繁殖的群体所包含的雌雄动物数目，在为下一代留种时，能从中随机选种，并能随机交配以繁殖后代的数目，并以此作为衡量尺度，来计算被测群体的大小。,保持一个适当大小的群体即群体的有效大小，一般容许封闭群中每世代近交系数上升率不超过1%，在随机交配群体中，近交系数上升率与群体有效大小有如下关系： 近交系数上升率(F1)=1/（2*群体有效大小(Ne)） 若F11%，则Ne为50以上。 在具体的生产实践中，群体有效大小按如下公式计算： Ne=4N雌N雄/（N雌+N雄） N雌为雌性个体数，N雄为雄性个体数 通常在留种时，出于经济上的考虑，多是雌多于雄，这就要根据雌：雄的正常比来计算出群体有效大小。,四、命名,1、用24个大写罗马字母表示。如NIH、ICR小鼠。 2、由一个大写字母和13个小写字母构成的培养者或保持者的符号，且与品系名称用冒号隔开。如N：NIH，Lac:LACA 3、非正规的命名，但广泛使用。如New Zealand兔、Dunkin Hartley豚鼠、Wistar大鼠、ddy小鼠。,五、 封闭群动物的特点及应用,（一） 特点 1、 遗传组成具有高的杂合性。 2、具有较强的繁殖力和生产力，避免近交衰退。 3、动物模型。 4重复性差 （二） 应用：主要用于药物筛选、毒理安全实验、热源实验和教学示范等。,六、常用的封闭群动物,1、昆明小鼠（KM）：白色，抗病力和适应力很强，繁殖率和成活率高。常见肿瘤为乳腺癌发病率25%，是我国应用最多的实验小鼠，广泛应用于药理、毒理、病毒和细菌引起的传染病的研究，以及生物制品的检定。 2、ICR小鼠：白色，该品种生育能力强。 3、NIH小鼠：白色，特点是繁殖力强，产仔成活率高，雄性好斗，常用于药理毒理研究和生物制品的检定。 4、Wistar大鼠：白色，该鼠性周期稳定，繁殖力强，产仔多，生长发育快，性格温顺，对传染病的抵抗力较强，自发性肿瘤发生率低。多年来各地饲养条件差异较大，其遗传背景有一定变化。 5、 SD大鼠：白色，1975年用Wistar大鼠育成，产仔多，对疾病的抵抗力尤其是呼吸道疾病的抵抗力强，自发肿瘤率较低，对性激素感受性高。,第三节 突变系动物,一、基本概念： 1、突变：指遗传物质产生变化及由此而产生的表现型的改变。突变可分为染色体畸变和基因突变。染色体畸变主要是指染色体数目和结构上的改变，基因突变主要是指基因内部可遗传结构的改变，又称点突变。 2、突变系动物：动物受各种内外因素影响引起染色体畸变和基因突变而育成某些特殊性状表型的品系。国际上已发现的小鼠突变基因有648个，培育的突变系小鼠有350多个品系。,突变的分类,1、可见突变：裸小鼠 2、生化突变：SCID小鼠 3、致死性突变：镰状红细胞贫血症 4、条件致死性突变：,二、突变的遗传和突变系动物,（一）突变的遗传 动物体的任何细胞都可以发生突变，突变发生在体细胞中，即体细胞突变。突变若发生在生殖细胞中，即性细胞突变。 1、体细胞突变：在进行有性生殖的生物体中，这种突变只能通过有丝分裂形成有相同遗传改变的细胞群，影响该生物体，但不会造成后代的改变。 2、 性细胞突变：如果突变正好在配子形成时产生，即形成含突变基因的配子，该配子经受精即发育成突变型个体，其体细胞、性细胞均含突变基因，这种突变可代代相传。这种突变型动物经培育形成具相同遗传缺陷的动物群体即称为突变系动物。,（二）突变型动物和突变系动物,野生型（正常）突变型动物（小群体） 突变 突变系动物 培育,三、突变系的培育,1、纯合隐性突变品系：选择具有连续突变和有繁殖能力的个体进行交配，使其仔代近亲（兄妹）交配，经20代以上，即可育成。如白化小鼠。,2、繁殖力低的突变品系的育成及保种措施 （1）当隐性基因（纯合型）的两性中一性不能繁殖，如无胸腺裸鼠（nu/nu），由于雌鼠哺乳能力差，需要选择有哺乳能力的杂合型（+/nu）雌鼠与纯合型雄鼠（nu/nu）进行交配，才能将无胸腺的隐性突变基因一代代保持下去。 （2）当突变的两性都不能繁殖，如肌肉萎缩小鼠（dy/dy）由于后肢瘫痪，运动失调，完全丧失自然交配能力，除采用正常雌鼠（+/+）或杂合型雌鼠（+/dy）与杂合型雄鼠交配外，多采用卵巢移植和人工授精法培育成杂合型的近交系，以维持突变基因的特性。,四、突变系动物在生物医学领域中的应用,（一）生物学中的应用：遗传机制研究 （二）医学方面：主要是模型动物。具有与人类疾病相类似的过程表现，象肥胖小鼠、肌肉萎缩症小鼠等。目前培育的小鼠突变系已有146个以上，其中多为模型动物。,五、常见的突变系动物,免疫缺陷裸小鼠、SCID小鼠、白内障小鼠、高血压大鼠、肥胖症大鼠、肌肉萎缩症小鼠等，在以后介绍转基因动物、免疫缺陷动物、人类疾病动物模型时再具体介绍。,第四节 杂交群动物（F1代动物）,一、概念：指两个或两个以上近交品系之间进行有计划交配所获得的第一代动物。 二、繁殖：采用非随机交配方式，由两个近交系杂交产生。,（一）杂交组合的选择 1、有较强的亲和力：亲本在有性生殖过程中，具正常受精并产生正常个体的能力。即f=1，s=0。 2、有较强的组合力：