小鼠遗传学及其分类命名

小鼠遗传学及分类命名,顾鹏宇2008-8,遗传学基础知识实验小鼠起源实验小鼠的分类及其命名遗传监测繁育体系,分子遗传学,编码特定蛋白产物的DNA序列,基因可能存在可变形式，称为等位基因（allele）,基因（GENE）,homozygous,heterozygous,hemizygous,等位基因(Alleles),野生型“wildtype” 在自然群体中往往有一种占多数的（因此常被视为正常的）等位基因,基因的命名,没有特定的命名体系,因此比较混乱通过基因功能命名 (通常为酶)Nos2, Sod1通过基因产物的大小命名p53, p21通过表型命名Apc, Rb, Mom1同物异名当基因功能确定后命名常会发生改变单个基因有多个功能时通常会有多个名字,基因型/表型,基因型(Genotype)狭义 = 个体特定基因的等位基因组成情况广义 = 个体所有基因的整套等位基因(整个遗传背景或基因组)表型(Phenotype)狭义=因特定基因的等位基因组成而引起的个体特征广义=因个体的基因组组成而引起的一系列解剖,生理和行为学等特征,小鼠基因组学,人基因组 3 billion bp小鼠基因组 3 billion bp其它模式生物基因组大小果蝇 140 million bp (21-fold less)线虫 97 million bp (31-fold less)酵母 12 million bp (250-fold less)细菌 (E. coli) 5 million bp (600-fold less),小鼠基因组学,小鼠是研究人类基因功能最好的模式动物C57BL/6, BALB/c, C3H 是历史上最常使用的小鼠C57BL/6, 129, FVB最常使用的基因工程小鼠可获取基因组序列的小鼠品系C57BL/6 (NIH Mouse Sequencing Consortium)A/J2, DBA/2, 129X1/SvJ, 129S1/SvImJ (Celera Genomics),小鼠基因组学,小鼠基因组大概包含30,000 到 50,000 个不同基因 (2000 个每染色体)至少 50% 与人类基因同源 (相似的序列和功能) 与人类基因同源的小鼠基因的命名 Nitric oxide synthase 2 Human gene = NOS2 (斜体, 全大写)Mouse gene = Nos2 (斜体, 首字母大写)Protein = NOS2 (正体,全大写),小鼠功能基因组学,基因型驱动的或”正向”基因组学引入突变 (遗产工程)筛选表型改变具有人为偏好的特点表型驱动的或”反向”基因组学随机突变后观测表型改变或随机引入点突变 (by ENU)观测表型改变找出表型相关基因位点鉴定未知基因,基因功能需要大量筛选工作,实验小鼠起源,家鼠起源,M. musculus 各亚种的地理分布,History of the Laboratory Mouse,1100 BC-color-variant mice (China)1909- first inbred strain1929- The Jackson Laboratory1962- nude mouse1980- first transgenic mouse1989- first knockout mouse1990s- conditional/inducible knockouts, knock-in, mouse genome project2002-RNA interference knockouts?,Jon A. Back et al. 2000 Nature Genetics, vol24, 23-25,同基因型,不同基因型,近交系 亚系F1杂合子同源突变近交系同源导入近交系 混合近交系重组近交系/重组同类系Consomic/ Conplastic strain,远交系/封闭群,根据遗传学分类,小鼠品系分类,同基因型,不同基因型,近交系 亚系F1杂合子同源突变近交系同源导入近交系 混合近交系重组近交系/重组同类系Consomic/ Conplastic strain,远交系/封闭群,根据遗传学分类,小鼠品系分类,封闭群（远交群）Closed Colony or Outbred Stock,以非近亲交配方式进行繁殖生产的一个实验动物种群，在不从其外部引入新个体的条件下，至少连续繁殖4 代以上，封闭群亦称远交群。Lab code: stock symble例如：N: NIH 表示由美国国立卫生研究院（N）保持的NIH 封闭群小鼠。 Lac: LACA 表示由英国实验动物中心（Lac）保持的LACA封闭群小鼠。某些命名较早，又广为人知的封闭群动物，名称与上述规则不一致时，仍可沿用其原来的名称。如：Wistar大鼠封闭群，日本的ddy封闭群小鼠等。,同基因型,不同基因型,近交的结果,98.7 homozygosity,同基因型,不同基因型,近交系 亚系F1杂合子同源突变近交系同源导入近交系 混合近交系重组近交系/重组同类系Consomic/ Conplastic strain,远交系/封闭群,根据遗传学分类,小鼠品系分类,近交系：经至少连续20 代的全同胞兄妹交配培育而成，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。经连续20 代以上亲代与子代交配与全同胞兄妹交配有等同效果。,近交系 Inbred strain,近交系的命名,基于毛色DBA (Dilute Brown nonAgouti, first inbred mouse)基于起源NZW (New Zealand White)基于表型NOD (Non-Obese Diabetic)其它BALB/c, C57BL, 129,近交系的命名,1一般均用一个或几个大写英文字母表示，如A、AE、BA、AKR、DBA、NZB、STAR、NMRT、NYLR、NZBR等2有些品系可在大写英文字母间加入一些阿拉拍数字来表示，如C3H、C57BL、C57BR、C57L、CC57W、CC57BR等 3非正规的命名，如果已广泛为国际所共知者，则可保留沿用，如：“129”、“101”、“615”等,近交系代数,近交代数表示，一般是在品系符号后括号里写上代数，并在代数前加写“F”（Filial的缩写），例如A（F78）。C57BL/6J(F？+10 )C57BL/6JNga(F73+26),同基因型,不同基因型,近交系 亚系F1杂合子同源突变近交系同源导入近交系 混合近交系重组近交系/重组同类系Consomic/ Conplastic strain,远交系/封闭群,根据遗传学分类,小鼠品系分类,亚系的形成,近交系的亚系分化是指一个近交系内各个分支的动物之间，已经发现或十分可能存在遗传差异。通常下述三种情况会发生亚系分化。a) 在兄妹交配代数达40 代以前形成的分支（即分支发生于F20到F40之间）；b) 一个分支与其他分支分开繁殖超过100 代；c) 已发现一个分支与其他分支存在遗传差异。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）。由于遗传污染形成的亚系，通常与原品系之间遗传差异较大，因此对这样形成的亚系应重新命名。例如由GLaxo保持的A近交系在发生遗传污染后，重新命名为A2G。,亚系的命名,C57BL/6,C57BL/10C57BL/6J,C57BL/6N例外BALB/c、C57BR/cd,亚系的命名,更复杂的亚系命名是通过把实验室代码按顺序写出,不添加斜杠BALB/cByJ, BALB/cAnN, BALB/cJ,C57BL = parent strain designation 6JOlaHsdEi = substrain designation 6 = line number J = laboratory code Ola = laboratory code Hsd = laboratory code Ei = Laboratory code,C57BL/6JOlaHsdEi,实验室代码,由 Institute for Laboratory Animal Research (ILAR) 来管理实验室代码 International Laboratory Code Registry (Lab Codes). 环境因素会影响一个品系的特征,所以标明一个品系是从哪来的是很重要的. /ilar/codes.asp?id=codes J：The Jackson LaboratoryN：National Insititutes of HealthCrl：The Charles River LaboratoryRik：The Institute of Physical and Chemical Research (RIKEN),Reference: Specht CG, Schoepfer R. Deletion of the alpha-synuclein locus in a subpopulation of C57BL/6J inbred mice, BMC Neuroscience 2001: 2: 11.,近交系亚系之间的差异,BALB/c的家谱,1932, Snell(added the /c), University of Texas,?,NCI, Amsterdam,1935, F?, Andervont(An), NIH,1967, F99, Bailey(By), JAX,BALB/cAJcl,1951, F72, NIH,BALB/cAnN,1975, F136, JAX,BALB/cByJ,1935, F26, Snell moved to JAX,1961, Bailey, NIH,1923, Little & MacDowell, start inbreeding,1927, F12, Muller, University of Texas,1913, Halsey J. Bagg albino,1973, CIEA, Japan,1989, CLEA, Japan,免疫反应最强,BALB/c亚系的差异,Reference: Armstrong DL; Masiowski ML; Wood PA, Pathologic characterization of short-chain acyl-CoA dehydrogenase deficiency in BALB/cByJ mice., Am J Med Genet 1993 ;47(6):884-92,同基因型,不同基因型,近交系 亚系F1杂合子同源突变近交系同源导入近交系 混合近交系重组近交系/重组同类系Consomic/ Conplastic strain,远交系/封闭群,根据遗传学分类,小鼠品系分类,F1杂合子(F1 Hybrids),定义:两个不同近交系交配后生产的第一代优点:基因型和表型一致;杂交优势;可以接受来自双亲品系的器官移植缺点:不能自我维持品系延续,F1 杂合子的命名,用交配的两个近交系的缩写,先雌鼠后雄鼠再跟一个F1,B6CBF1,杂合子命名中使用的标准缩写,品系缩写,C57这个缩写可意味着七、八个特征不同的品系（如C57BL及其亚系6个，C57BR/cdJ,C57L）。C57BL就包括有几个特征不同的亚系（如C57BL/1，C57B/6J、C57BL/6N、C57BL/10J等）。只写CBA亦为不确切的书写法，因为它也有若干个特性不同的亚系，如CBA/J是有视网膜退变基因的，而CBA/ca则没有这种基因，两者对放射线的敏感性也不一样，组织相容性也不同，至少有5个位点不同的；,同基因型,不同基因型,近交系 亚系F1杂合子同源突变近交系同源导入近交系 混合近交系重组近交系/重组同类系Consomic/ Conplastic strain,远交系/封闭群,根据遗传学分类,小鼠品系分类,同源突变近交系：两个近交系，除了在一个指明位点等位基因不同外，其他遗传基因全部相同，简称同源突变系。同源突变系一般皆由近交系发生基因突变而形成。,同源突变近交系 Coisogenic Inbred Strain,同源突变近交系命名,由发生突变的近交系名称后加突变基因符号（用英文斜体印刷体）组成，二者之间以连接号分开，如：BALB/cJ-nu。当突变基因必须以杂合予形式保持时，用+号代表野生型基因，如：A/Fa-+/c.。,Inbred miceGreat job!,小鼠基因工程,种植前小鼠胚胎发育,Fertilization,Activation of embryonic genome,Compaction,E0.5,E2.5,E3.5,E1.5,转基因小鼠的制作,0.5天受精卵,DNA,recover,原核融合,移植到假孕鼠输卵管,首建鼠 founder,检测表型,转基因小鼠制备时间表,ES细胞基因打靶,Analyze offspringfor phenotype,electroporate,selection,analyzecolonies,test forgermlinetransmission,makechimeras,crossheterozygotes,test offspringfor chimerism,implant,P,1,2,嵌合鼠的制作,BlastocystInjection,Aggregation,Flush embryos,UterusE3.5,OviductE2.5,Blastocyst,Morula,Recover 1-2 hours,Remove zona pellucida,Darning needleaggregation,culture overnight,implant into pseudopregnantsurrogate mother,ES cells,基因打靶小鼠制备时间表,转基因动物命名,符号：一个转基因符号由以下三部分组成，均以罗马字体表示：,C57BL/6J-TgN(CD8Ge)23Jwg,转基因方式TgN:非同源插入TgH:同源重组TgR:逆转录病毒载体感染的插入,插入片段,实验室指定序号,实验室注册代码,品系,An 匿名序列Ge 基因组Im 插入突变Nc 非编码序列Rp 报告基因Sn 合成序列Et 增强子捕获装置Pt 启动子捕获装置,XXX/YYY：fusion genesXXX,YYY：double transgenes,打靶突变小鼠命名,129X1-Cftrtm1Uncthe first targeted mutation of the cystic fibrosis transmembrane regulator (Cftr) gene at 129X1produced at the University of North Carolina,129X1-En1tm1(Otx2)Wrstthe coding region of En1 was replaced by the Otx2 gene, originating from the W. Wurst laboratory,The 129 Strains,Most ES cell lines derived from 129 strainsLots of genetic variability among 129 substrainsSimpson et al. 1997 Nature Genetics 16:19-27Threadgill et al. 1997 Mammalian Genome 8:390-393Important to match 129 strains in targeted mutagenesisDNA ES cell linesCrossing chimera to generate pure 129 strain,B6129PF2/J multiple coat colorssegregating for Aw, a, p and Tyrc-ch,Changed nomenclature from 129 substrains to different 129 parental strainsParental Steel TeratomaReference:/html/nomenclature/nomen_129.shtml,129小鼠的命名及ES细胞系的起源,JAX Bulletn, No1, 1999 JAX Notes, No 481, 2001,Nature Genet. 16, 19-27,转基因鼠/KO鼠的回交,N10F20,同基因型,不同基因型,近交系 亚系F1杂合子同源突变近交系同源导入近交系 混合近交系重组近交系/重组同类系Consomic/ Conplastic strain,远交系/封闭群,根据遗传学分类,小鼠品系分类,同源导入近交系（同类近交系） Congenic Inbred Strain,通过杂交-互交（cross-intercross）或回交（backcross）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在一个很小的染色体片段上的基因不同，称为同源导入近交系（同类近交系），简称同源导入系（同类系）。,同源导入近交系的命名,同源导入系名称由以下三部分组成：a) 接受导入基因的近交系名称；b) 提供导入基因的近交系的缩写名称，并与a项之间用英文句号分开；c) 导入基因的符号（用英文斜体），与b 项之间以连字符分开。例如：B10.129-H-12b 表示该同源导入近交系的遗传背景为C57BL/10sn(=B10)，导入B10的基因为H-12b，基因提供者为129近交系。如果供体品系非近交系或是混合的或是未知的需要加Cg符号.如B6.Cg-Tcrbtm1Mom,同基因型,不同基因型,近交系 亚系F1杂合子同源突变近交系同源导入近交系 混合近交系重组近交系/重组同类系Consomic/ Conplastic strain,远交系/封闭群,根据遗传学分类,小鼠品系分类,混合近交系Mixed Inbred Strains,来自于2个亲代品系(其中1个可以是ES细胞系),还未达到近交系状态(即未F 20).命名:两个品系的大写缩写之间用分号(;)隔开,B6;129P2-Tcrbtm1MomA mixed strain derived from C57BL/6J and a 129 ES cell line carrying a targeted knockout of the Tcrb gene,混合近交系Mixed Inbred Strains,来自于2个以上亲代品系(其中1个可以是ES细胞系)或背景未知,还未达到近交系状态(即未F 20).命名:STOCK符号后空一格,加上突变的基因名称或染色体的异常标记,STOCK Rb(16.17)5Bnr 3uhAn strain of unknown or complex background carrying the Robertsonian translocation Rb(16.17)5BnrSTOCK Hdhtm2MemAn strain of unknown or complex background carrying Hdh targeted mutation,MARC现有品系举例,同基因型,不同基因型,近交系 亚系F1杂合子同源突变近交系同源导入近交系 混合近交系重组近交系/重组同类系Consomic/ Conplastic strain,远交系/封闭群,根据遗传学分类,小鼠品系分类,重组近交系（Recombinant Inbred Strain）和重组同类系（Recombinant Congenic Strain）,a) 重组近交系（RI）：由两个近交系杂交后，经连续20 代以上兄妹交配育成的近交系。b) 重组同类系（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次（通常回交2 次），再经无对特殊基因选择的近亲交配而育成的近交系。重组近交系（RI） 命名：由BALB/c与C57BL两个近交系杂交育成的一组重组近交系，分别命名为CXB1、CXB2由两个亲代近交系的缩写的缩写名称中间加小写英文字母c命名，用其中做回交的亲代近交系（称受体近交系）在前，供体近交系在后。由相同双亲育成的一组重组同类系阿拉拍数字予以区分。如CcS1，表示由以BALB/c(C)为亲代受体近亲系，以STS（S）品系为供体近交系，经2 代回交育成的编号为1的重组同类系。,同基因型,不同基因型,近交系 亚系F1杂合子同源突变近交系同源导入近交系 混合近交系重组近交系/重组同类系Consomic/ Conplastic strain,远交系/封闭群,根据遗传学分类,小鼠品系分类,定义:通过不断的回交将一整条染色体替换到一个近交品系里,又叫染色体替换品系(chromosome substitution strains)命名:HOST STRAIN-Chr #DONOR STRAIN,Consomic Strains,C56BL/6J-Chr 19AA strain Chromosome 19 has been backcrossed onto C57BL/6J,In JAX,there are 20 C57BL/6 consomic strains that been backcrossed for 20 individual chromosome from A strains,Conplastic Strains,定义:一个品系的核基因组与另一个品系的胞浆相配合,在不断的回交过程中,线粒体只来源于雌鼠品系命名:NUCLEAR GENOME-mt CYTOPLASMIC GENOME,C57BL/6J-mt BALB/cA strain with the nuclear genome of C57BL/6J and the cytoplasmic (mitochondrial) genome of BALB/c,Rules for Nomenclature of Genes, Genetic Markers, Alleles, and Mutations in Mouse and Rat,For mouse: International Committee on Standardized Genetic Nomenclature for Mice/mgihome/nomen/gene.shtml#genenom For rat: Rat Genome and Nomenclature Committee/nomen_rules.html,Mouse Genome Informatics (MGI)/The Jackson Laboratory/,遗传监测,遗传监测,传统方法生化同功酶分析主要组织相容复合体 (MHC)serology for MHC antigenstail allograft transplants下颌骨测量分子方法 (“DNA fingerprinting”)simple sequence length polymorphisms (SSLP)microsatellite DNArestriction fragment length polymorphisms (RFLP) minisatellite DNAPCR genotyping for specific gene mutations,PCR技术的原理,1.变性：在加热或碱性条件下可使DNA双螺旋的氢键断裂，形成单链DNA，称之为变性。2.退火：是模板与引物的复性。引物是与模板某区序列互补的一小段DNA片段。3.延伸：从结合在特定DNA模板上的引物为出发点，将四种脱氧核苷酸以碱基配对形式按53的方向沿着模板顺序合成新的DNA链。,Mouse MIT microsatellite list,DNA 琼脂糖电泳 印迹转移 预杂交 杂交（变性探针） 洗膜 放射自显影或显色,Southern Blot,小鼠毛色遗传学,4 种基因 (ABCD) 主要负责毛色表型A = agouti (+) a = non-agouti (a)B = black (+) b = brown(Tyrp1b)C = color (+) c = albino (Tyrc)D = non-dilute (+) d = dilute (Myo5ad),BALB/c Coat Color Genetics,A = Agouti,b = Brown,c = Albino (dominant to other genes),D = non-dilute,C3H Coat Color Genetics,A = Agouti (when C allele fixed, A is dominant to B),B = Black,C = Color,D = Non-dilute,C57BL/6 Coat Color Genetics,D = Non-dilute,a = Non-agout