实验动物的遗传学控制.ppt

1,医学实验动物学的所有讲稿将随着讲课进度陆续存放在电子邮箱内，供大家复习参考。请打开126电子邮件信箱，输入：用户名：labanisci密码：labanisci登录网易网盘打开我的文档下载ppt讲稿欢迎来信提出学习上的问题！为了大家学习的方便，请不要随意更改密码！,第二章实验动物的遗传学控制,第一节概述第二节近交系动物第三节封闭群动物第四节突变系动物第五节杂交群动物第六节实验动物的遗传学质量监测,第一节概述,一、实验动物在动物分类学上的地位在分类学上，根据动物的解剖、外形、生理生化等相似程度，在界的下面再依次分为门、纲、目、科、属、种六个基本阶元。实验动物源于野生动物，在动物分类学上可以找到它们的位置。但是由于长期的人工饲养和定向培育，无论在遗传概貌还是生活习性上都与原型有了很大不同，特别是遗传工程动物，可以说在某种程度上是“人造动物”。,以小鼠为例界（Kingdom）动物界门（Phylum）脊椎动物门纲（class）哺乳动物纲目（order）啮齿目科（family）鼠科属（genus）小鼠属种（species）小鼠种,常用哺乳类实验用动物分类学地位,二、种、品种与品系的概念种（Species）：是生物分类学上的基本单位，由自然选择形成。品种（stock）：是种以下的非自然分类单位，由人工选择和定向培育出来的，具有某些生物学特性，能稳定遗传。品系（strain）：是实验动物分类学上专用名词，采用一定的交配方式繁殖且祖先明确的动物群。三大特征：独特的生物学特性，相似的外貌特性，稳定的遗传特性。,三、实验动物按遗传学控制的分类方法按遗传学控制分类，可将实验动物分为：近交系封闭群（远交系）突变系杂交群不同类别动物其交配和保种方式不同。,第二节近交系动物,定义：什么是近交？什么是近交系？近交(inbreeding)即近亲交配。从一个动物群体中有意识地选用血缘关系比较接近的雌雄个体进行交配。近亲交配有三种形式：兄妹交配、母子交配和父女交配，最常用的形式是全同胞兄妹交配。近交系(inbredstrain）是指采用连续全同胞兄妹交配（brother-Sisterinbreeding）20代以上而培育成的动物。近交系动物因其基因型高度纯合，等位基因趋于完全一致，近交系数可达98.6%，血缘系数达99.6%，个体间差异极小，因而用于实验重复性好，对各种刺激反应均一，实验结果准确。,近交系数：是指在近亲交配情况下各代减少异质基因/增加纯合基因的百分数。近交系数的计算公式：Fn=1（1F）n,血缘系数：一个群体中个体之间基因组成的相似程度用数值来表示。,（二）近交系命名由于近交系动物品系繁多，命名颇为杂乱。国际上已规范近交系动物的命名，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作为品系代码（straincode）来表示。1.以一个或数个大写英文字母表示，如A、DBA等。2.大写英文字母加数字命名，如C57BL、C3H。3.用数字表示，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。,亚系（Substrain)：在近交系培育和维持过程中，由于残留杂合基因的分离、基因突变以及在不同地区繁育而造成同一品系内不同分支之间在遗传上有差异的动物称为亚系。亚系形成的原因：1.近交40代之前，残留杂合基因的分离2.不同地点繁育100代以上3.基因突变4.遗传污染后继续近交许多代亚系命名：品系名称后加斜线、数字和培育者的缩写。如C57BL/6J(F118),支系（Subline）：通过各种非自然繁育技术处理的品系称之为支系。这些处理包括：人工哺乳(fosteronhandrearing)其它品系带奶(fosternursing)代奶品系命名：品系全称后加“f”，再加奶妈品系名称。如DBA/1NfAKR受精卵移植等(embryotransfer)卵巢移植(ovarytransfer)受精卵或卵巢移植术后繁殖的品系命名：品系全称后加“e”，再加接受受精卵或卵巢移植术的品系名称。如AeB6冷冻保存(cryo-preservation)冷冻保存后移植的品系命名：品系全称后加“pe”，再加上接受受精卵移植的品系名称。如C57BLpeCBA/N,常用近交系缩写符号,几种特殊类型的近交系,1.重组近交系（recombinantinbredstrain）,由两个近交系杂交后，再经连续20代以上兄妹交配培育成的近交系，称为重组近交系。命名：亲代近交系X亲代近交系如：AKXB-1,2,3,几种特殊类型的近交系,2.重组同类系（recombinantcongenicstrain，RC）,由两个近交系杂交后，子代与两个亲代近交系中的一个近交系进行数次回交（通常回交2次），在不对特殊基因进行选择的前提下，再近亲交配而育成的近交系。命名,3.同源导入近交系（Congenicinbredstrain）：是指通过杂交-互交和回交的方式将个体的一个基因导入到近交系中，由此形成一个新的近交系。这个新的近交系与原来的近交系只是在一个很小的染色体片段上的基因不同。命名：接受基因的近交系.提供基因的近交系-基因名称如：B10.129-H-12b,几种特殊类型的近交系,Snell培育同源导入近交系（isogenicresistantline）,思考：在饲养繁殖中发现一只无毛小鼠，已知无毛基因hr/hr是隐性基因，根据Snell发明的基因导入原理，如何将此基因导入到C57BL/6J小鼠体内？,C57BL/6j,无毛小鼠,代次,0,1,2,3,4,14,+,+,+,-,+,-,+,+,5,4.同源突变近交系（coisogenicinbredstrain）指两个近交系除了在一个确定位点等位基因不同外，其它遗传基因全部相同。命名：发生突变的近交系-突变基因如：C57BL/6J-bgBalb/c-nu/nu裸鼠,几种特殊类型的近交系,近交系动物的培育,原始材料的选择从野生动物中选择从现有的各种近交系、封闭群、杂交群中选择,近交系小鼠的培育示意图,近交后引起的变化,近交可以降低基因的杂合性，增加纯合性近交可以使突变的隐性杂合基因暴露近交可将群体分离为不同基因型的近交品系近交可引起近交衰退,近交系保种和生产流程图,近交系动物的特征,1.基因的纯合性（近交系动物的每个个体）2.遗传组成的同源性（一个近交系动物的所有个体）3.遗传的稳定性（所有近交系）4.遗传组成的独特性（不同近交系比较）5.遗传特征的可辨别性（不同近交系比较）6.表现型的一致性（同一近交系个体间）7.背景资料的可查性8.国际分布的广泛性,1.对某一实验刺激的反应缺乏普遍性2.对环境适应能力差3.生长发育慢，繁殖力差,近交系动物的缺点,近交系动物的应用,应用最广泛的是近交系小鼠，其次是近交系大鼠。常用的近交系小鼠有：Balb/c、C57BL/6、DBA/1、DBA/2、C3H等。常用的近交系大鼠有：Wistar、F344等。近交系豚鼠、兔的品系很少。广泛应用于遗传学、免疫学和肿瘤学等研究领域。,第三节封闭群动物,定义：封闭群（closedcolony）是指以非近亲交配方式进行繁殖生产的一个种群，在不从外部引入新个体的条件下，至少连续繁殖4代以上的动物群体。-从群体角度远交系(Outbredstock)：同一种群内无血缘关系的个体之间随机交配所产生的后代称为远交系。-从个体角度,由于封闭群动物采用随机非近亲交配的方式，它的遗传组成比较接近于自然状态下的动物群体结构。在引种和饲养繁殖时，应注意封闭群的“有效群体大小”。有效群体数量太小，导致该群体近交系数上升。封闭群：小鼠：KM、ICR、NIH、Laca大鼠：Sprague-Dawley（SD）、Wistar,封闭群的繁殖方法封闭群采用循环交配法。最常用的是三级循环交配，即将种群分为A、B、C组，在繁殖下一代时，把不同组生产的和组合进行交配。交配组合图如下所示：,封闭群的特点及应用,封闭群动物的特点1.保持群体动物基因的杂合性和基因频率的稳定性，因而无近交衰退，易饲养、抗病力强、繁殖率高、产仔多2.对实验刺激的反应接近自然种属的反应特点封闭群动物的应用1.药物筛选和毒性试验2.一般实验研究3.广泛用于预实验和学生教学,封闭群：品系内大部分等位基因处于杂合状态，其群体基因组成占种群基因库的一部分。,近交系：品系内几乎所有等位基因处于纯合状态，其群体基因组成完全一致，占种群基因库的一小部分。,近交系和封闭群动物遗传组成的比较,同一近交系小鼠的不同个体间的等位基因都是纯合的,同一封闭群的不同个体间的等位基因大都处在杂合状态，但群体的基因频率保持相对稳定，接近种属的自然状态,定义：由自然突变，或经人工诱变，使动物正常染色体上的基因发生突变，表现出某种遗传缺陷、或某种特异遗传性状的动物被称为突变动物。将突变动物按照科学研究的要求进行定向培育，保留其突变基因独特性状，并能稳定遗传下去成为一个品系，称为“突变系”动物。如裸鼠、糖尿病大鼠等。,第四节突变系,什么是基因突变？,基因突变是包括碱基对的替换、增添和缺失三种情况。,基因突变的原因1.自发突变频率很低，每一核苷酸发生突变的频率是10的9-10次方2.诱发突变物理因素：宇宙射线、X线或线化学因素：N-乙基-N-亚硝基脲（N-ethyl-N-nitrosourea，ENU）引起点突变苯丁酸氮芥（chlorambucil，CHL）引起多位点缺失,基因突变的表现：可见突变动物发生了可由肉眼观察到的脏器器官的变异或缺陷以及精神行为异常。如无被毛及胸腺发育不全的裸小鼠、裸大鼠等。血液生化突变动物体内表达某一功能蛋白质的基因发生突变，导致该蛋白质的功能障碍，如酪氨酸酶基因缺陷，其催化的生化反应发生障碍，导致白化病。致死性突变致死性突变有显性和隐性两种，如镰状红细胞贫血症就是隐性致死性突变。也有一些致死性突变，在某种条件下动物可以存活，缺乏这种条件动物则会致死。,突变系的命名：品系全称后加一横线，再标上突变的等位基因符号（用+表示杂合位点），小写字母表示隐性突变，大写字母表示显性突变。如：ICR-nu/nu,突变系的应用1.携带的突变基因导致动物在某些方面的异常，可成为医学研究的疾病动物模型2.遗传学研究：基因定位3.突变的免疫缺陷动物可用于肿瘤移植研究常见的突变等位基因符号：Ca:白内障dw:侏儒症dy:肌失养症hr:无毛鼠nu:裸鼠rd:视网膜变性ob:肥胖症,定义：由两种不同的近交系杂交所繁殖的第一代杂交动物称为杂交群（Hybrid），又称为系统杂交动物，或“F1”代。杂交群动物的双亲来自两个不相关的近交系，它具有以下几种特征：各个个体的基因型相同，是其父母基因型的组合。表型一致，对试验反应均一。具有杂交优势，生活力和抗病力比近交系强。具备双亲的生物学特性。由于基因互作，可产生不同于双亲的新性状，,第五节杂交群动物,国际上常用的杂交群小鼠组合,第六节遗传学监测,为什么要进行遗传监测？基因突变和遗传漂变残留杂合基因的分离人为造成遗传污染,监测目的近交系动物：保证近交系动物遗传质量与标准一致，基因的高度纯合。淘汰各种原因引起的遗传变异的个体。突变系动物：防止突变基因在繁殖过程中丢失。封闭群动物：防止群体内个体之间发生近交，保持整个群体各位点的基因频率稳定在一定的范围。,近交系动物遗传质量监测常用方法,近交系小鼠生化标记示意图,通过对多个生化标记位点的检测可区分不同的小鼠近交系,近交系小鼠的生化标记及常用近交系小鼠的生化遗传概貌,近交系动物遗传监测结果的判断与处理,复习题,1.请说出实验动物种、品种、品系的概念。2.按遗传学控制分类，可将实验动物分为哪几类？3.什么叫近交？什么叫近交系？用近交系动物做实验的优点是什么？4.请叙述亚系的概念和形成原因。5.请叙述支系的概念。6.请叙述重组近交系、重组同类系、同源突变近交系和同源导入近交系的概念。7.