杂交群和封群动物的特点及应用

1、杂交群和封闭群动物的特点及应用第一节杂交群动物（F1）的特点及应用一、定义和概念1定义：两个近交品系动物之间进行有计划交配所获得的第一代动物，称之为杂交群动物（Hybrid strain）或杂交一代动物，简称F1 动物。如C57BL/6J和DBA/2 小鼠交配后培育的第一代动物即为BDF1或B6D2F1； C57L/J和A/He 交配后的第一代动物为LAF1 等。2概念：F1 是First filial generation的简称，即“杂交一代”或“子一代”，也叫“杂种一代”。但是，必须指出，实验动物“F1”与一般遗传学上所谓的F1 不大一样。一般的 F1 根本就是杂种，其个体之间差异很大，因

2、为其亲本本身是杂种，但是它们个体之间却很均一， 也就是说， 从遗传型上来看是异型接合体，而从它们个体与个体之间来看却大家都杂得一样， 所以个体与个体基本上还是相同的，这是由于它们的两个亲本本身就是纯种。所以，实验动物这种的F1 虽然遗传型是杂合的，但个体间的遗传型与表现型是一致的，可以适合作一般实验研究用，能获得正确的实验结果。但F1 动物是不能培育纯系的，因为在子二代（ F2）时，会发生遗传上的性状分离。F1 动物的生产是比较简单的，采用两个近交系进行杂交而得。将两个基因型不同的近交品系纯合子作为亲代，互相交配所产生的子一代即可形成F1 动物。子代：基因型Aa，表现型 AAA× a

3、a精子AA卵子aAaAaaAaAa例如 C57BL品系小鼠基因为隐性基因（a），被毛呈黑色， C3H品系小鼠基因为显性基因（ A），被毛呈野鼠色，这二者均为纯合子，相互杂交后，F1 基因型和表现型均一致，但到子二代（ F2）时，会发生遗传上的性状分离，因此不能用F1 动物培育纯系。在 F1 动物生产中，必须强调的是两个亲本的互交情况要表达所用品系的性别，因为虽然同是用一样的两个近交系杂交，由于所用的雌雄不同则 F1 将因母体环境的不同或性染色体的不同的而有不同。二、使用F1 动物的优点近交系动物在遗传上是均质的，故可获得精确度很高的实验结果，在医学研究上具有重要价值。为什么还要繁殖由两个不同近

4、交系进行杂交所得的F1 动物呢？这是因为近交系动物与杂种动物相比，生活力、 支疾病的抵抗力以及对慢性实验的耐受性的等都较差，对环境变异的适应能力也较差，而且也较难繁殖和饲养。在一般设备条件下，如果要进行慢性实验，需要长期观察，假使动物半途死亡，则实验就不能取是如期的效果。反之，F1 由于表现杂交优势， 就多少克服了纯系的缺点，对长期实验的耐受性也大，而且对由于环境因素所引起变异的可能性也较纯系为小。因此F1 动物与近交系动物一样，它们具有遗传均一性，但生活力强， 经过杂交， 从一亲代来的隐性有害基因与另一亲代来的显性有利基因组合，成为杂合子，隐性有害基因的作用被显性有利基因的作用所掩盖，而出现

5、杂种优势。综合起来F1动物具有以下优点：1具有杂交优势，生命力强，适应性和抗病力强，繁殖旺盛等优点，在很大的程度上可以克服因近交繁殖所引起的近交衰退现象。2具有纯系动物基本相似的遗传均质性。虽然它的基因不是纯合子，但基因型是整齐一致的，遗传性是稳定的，表现型也一致，因此它基本上具有近交系动物的特点。3对各种实验结果重复性好。4具有亲代双亲的特点。5国际上分布广， 已广泛用于各类实验研究，实验结果便于在国际间进行重复和交流。上述 F1 动物的特点， 说明为什么有了近交系动物，过去对微生物还没有普遍取得人工控制时期，是优发展件，应当很好发展F1 的生产，宣传其科学价值。还要培育F1 动物。一些发达

6、国家在F1 动物的。鉴于我国当前的物质条三、 F1 动物在生物医学研究中的应用由于 F1 动物具有与纯系动物基本相同的遗传均质性，又克服了纯系动物因近交繁殖所引起的近交衰退，所以受到科学工作者的欢迎，在生物医学研究中得到广泛应用。特别是在下列一些研究课题中用得更多。（一）干细胞的研究外周血中的干细胞是组织学中的老问题，大部分人认为大淋巴细胞或原淋巴细胞相当于造血干细胞。但在某些动物中，尽管在外周循环中发现有大淋巴细胞，偶尔有原淋巴细胞，一般也不认为有干细胞的存在。根据目前的研究，可清楚地表明，来自F1 种小鼠正常的外周血的白细胞能够在受到致死性照射的父母或非常接近的同种动物中种植和繁殖，使动物

7、存活和产生供体型的淋巴细胞、粒细胞和红细胞，这证明小鼠外周血中存在干细胞。因此， F1动物是研究外周血中干细胞的重要实验材料。（二）移植免疫的研究F1 动物是进行移植物抗宿主反应（Graft-Versus-Host Reaction，简称 GVHR）良好的实验材料。 可以鉴定出免疫活性细胞去除是否完全。如 CBA小鼠亲代脾脏细胞经一定培养液孵育后注入CDF1（DBA/2×CBA）小鼠的脚牚，对侧作为对照，如CBA亲代小鼠免疫活性细胞去除干净时， 则将不产生移植物抗宿主反应，否则相反。 也可采用 C57BL/6 脾脏细胞悬液经一定培养液孵育后注入BCF1（CBA×C57BL/

8、6）小鼠腹腔，观察脾 / 体比值，或用 2 月龄 DBA/2小鼠脾细胞经一定培养液孵育后注入CDF1（DBA/2×CBA）小鼠腹腔，测定其死亡率，鉴定免疫活性细胞的去除情况。（三）细胞动力学研究如选用 BCF1（CBA×C57BL/6）小鼠作小肠隐窝细胞繁殖周期实验；选用CDF1（DBA/2×CBA）小鼠作不肠隐窝细胞剂量活存曲线；选用DBF1（C57BL/6J×DBA/ 2）受体小鼠观察移植不同数量的同种正常骨髓细胞与脾脏表面生成的脾结节数之间的关系等。（四）单克隆抗体研究杂交瘤合成单克隆抗体是近年来生物医学中一项重大的突变。采用的小鼠骨髓瘤细胞系，一

9、般将来自BALB/C品系小鼠，由此获得的杂交瘤的细胞注入该小鼠腹腔后，即可生长肿瘤，同时产生高效价抗体的腹水。若BALB/C 小鼠对一特定抗原不产生最适免疫应答反应时，也可改用C57BL/6 或 NEB等品系小鼠。 英国目前大多采用BALB/C 和 CBA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 代小鼠脾脏比同日龄BALB/C 小鼠脾脏要大。四、 F1 动物系组选择和组合形式与命名（一）系组选择F1 动物品质的好坏完全取决于其亲代特点，因此选择系组作杂交组合时应考虑以下条件：1其遗传特性能表现出杂交优势，系组合力强的品系。2具有试验研究所要求的特性品系。3两个品

10、系间，具有较强的亲和力和较少的异质差异。4通过对比观察选出最理相的杂合组合。只有选择具有这些条件的品系进行杂交，才能使其遗传变异控制在最小程度。因此在决定杂交组合之前， 一定通过不杂交组合的对比观察，从中选出最理想的杂交品系组合，作为大量繁殖杂交 F1 的双亲，这是进行杂交F1 繁殖的重要条件。用于实验研究的杂交F1，主要是两个近交系之间的杂交所生F1，如 C57BL/6×C3H/He 的 F1 基因型为 aaBbCc，BALB/C×DBA/2 的 F1 基因型为 AabbCc。又如 C3H小鼠属于高发乳腺癌品系，如将C3H雄鼠与 C57BL/6 雌鼠交配，可得到乳腺癌发病

11、率低的杂交F1，是科学研究工作使用的重要动物模型。五、交配方法繁殖杂交F1 小鼠的目的，是为了能在一定时间内提供较大量的遗传均一的实验动物，因此交配方法最好采用循环交配或定期交配进行生产。这种交配方法，可使90 95%的小鼠在居后第一个发情期怀孕，因此各胎生产周期比较集中，提供数量较多，体重和年龄较为接近，是比较科学的交配方法 .六、 F1 动物的标志方法及要求F1 动物的标志方法主要是标明杂交群亲本的性别与其品系名称，习惯上雌本先写，雄本随其后，如C3H/HeJ× AKR/J可记为C3HAKRF1或简称 C3AKF1；反之，如为AKR/J× C3H/HeJ，则记为AKC3

12、F1。亲本品系名称和缩写方法完全与近交系相同。对 F1 动物的要求：1二个亲本必须都是近交品系动物，根据实验要求进行有计划的杂交。2杂交的仔代只能作实验用，不能作种群用， 而且只有杂交后的仔一代才有应用价值。3在命名书写时雌本品系在前，雄本品系在后。七、国际上常用的F1 动物1 AKD2F1AKR×DBA/22 BA2C F1C57BL×A2G3 BC F1C57BL×BALB/C4 BCBA F1C57BL×CBA5 BC3 F1C57BL×C3H6 B6A F1C57BL×6×A7 B6D1FC57BL/6×D

13、BA/ 18 CA F1 BALB/C×A9 CAK F1 BALB/C×AKR10 CBA-T6D2 F1 CBA- T6×DBA/211 CB6 F1 BALB/C×C57BL/612 CCBA-T6 F1 BALB/C×CBA-T613 CC3 F1 BALB/C×C3H14 CD2 F1 BALB/C×DBA/215 CL F1 BALB/C×C57L16 C3B F1C3H×C57BL17 C3D2 F1C3H×DBA/218 C3L F1C3H×C57L第二节封闭群动物的特

14、点及应用一、定义和和概念（一）定义封闭群动物是指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保持繁殖的动物群。（二）概念封闭群（ Closed colony）的正确概念是指引种于某亲本或同源亲本的动物，让其不以近交形式， 也不与群外动物杂交而繁衍的动物群，目的是要求整个群体尽量防止近亲交配而保持着遗传变异，也就是说既保持群体的一般特性，又保持动物的杂合性。至于个体间差异的程度因引种来源的不同而有不同，如引种于一般杂种，则个体间差异就大；如果引种于有近交历史的动物，则个体间差异就小。由于封闭群体本身的特点，加上客观上具有各种各样的相似存在形式，就使封闭群这个概念很混乱。有人叫“非

15、近交群”（Non-inbred colony），有人叫“非近交系”或“非近交品系”（ Nou-inbred ），甚至有人叫“远交系”、“远交株”或“远交动物”（Outbredanimals ）。实际上这些叫法并不是指真正的“封闭群”，而只是通常供应使用的、保持于各种饲养系统的非近交群体而已。特别是“远交”一词很容易使人理解为遗传学上的“异系交配”。 因为“远交”在遗传学上是指遗传上不相关的动植物的杂交，或没有相近亲缘关系的不同家系的两个个体的交配，甚至把不同特种、不同变种的交配都看作是异系交配。而实验动物的封闭群，其个体之间并不是没有亲缘关系，甚至是很亲近的或有一定的近交。所以封闭群不应叫成上

16、述这些名称，它们之间更不能划等号。ICLA 在 1963 年和 1964 年曾规定：“不从外部进行引起的群体为封闭群”，这是最基本的。日本实验动物研究会于 1973 年又进一步规定：“五年以上不从外部引种，只在一定的群体中进行繁殖，为经常提供实验动物而进行生产的群体叫做封闭群”。实际上对封闭群的全面理解应该包括封闭年限、 群体大小及繁殖结构等。 一般认为封闭群是指引种于某亲体或同源亲本的动物。二、封闭群的分类封闭群按其来源和遗传背景不同，可分为以下两大类：1来源于近交系的繁殖群及其子代，不用兄弟姐妹交配方式保种进行生产的实验动物。2来源于非近交系，不是以培育近交系为目的而生产的实验动物群。如系

17、来源于近交系的封闭群，虽然对繁殖群的的大小不作特殊规定，不产生隔离状态的方法繁殖。如系来源于非近交系的封闭群，应经常保持“群体的有效大小”，一般为同样应采取群内不产生隔离状态的方法繁殖。但应采取在群体内50 只以上，上述两种封闭群，除了在选择时应考虑繁殖力外，均不采用特殊的淘汰方法进行选种。三、封闭群动物的应用目前国内外实验动物的使用，以小鼠为例， 大部分是近交系和封闭群。而从使用量上来看封闭群远远超过近交系， 这是因为近交品系繁多，又不易大量生产， 往往仅适用设备条件较好的研究机构或专门科技人员亲自保种使用，大大限制了其使用范围。而封闭群因为有杂合子并避免了近交，故能保持相当程度的杂合性，从

18、而避免了近交衰退的出现。所以，其生活力、生育力都比近交系强， 具有繁殖率高等遗传学的特点，因此封闭群动物可以大量生产，作为鉴定实验用。例如ddN 小鼠、 NIH 小鼠、 LACA小鼠、 Wistar大鼠以及目前各研究所长期自行繁殖的瑞士种小鼠、青紫兰兔、新西兰白兔、大耳白兔、豚鼠等均属此类。这类动物在生物制品和化学药品的鉴定上，其反应稳定性远远优于市售动物，特别是作为热源质试验的家兔更为明显。 进行各种筛选性实验时，选用封闭群动物有一定优点，因为在这群动物中有的可能有近亲关系，有的可能没有， 而保持一定的遗传差异。 因而对各种刺激的反应有强一些的， 也有低一些的， 但其平均的反应性有一定稳定性

19、，故要观察筛选某一药物的初步疗效时，封闭群动物就可以反映综合的平均疗效。然而， 对于封闭群的研究， 无论在理论上还是实践上，无论在国内或国外，都落后于近交系。 其原因在于封闭群是属于群体遗传学理论范畴，不仅群体遗传学本身产生较晚，而且该理论又不能机械地套用于封闭群。到目前为止， 对封闭群动物所进行的研究工作几乎都只限于小鼠和大鼠，而且报告也甚少。四、培育方法及注意事项封闭群动物的培育方法较为简单，只要不引进新品种，让其自行繁殖就可以，当然要避免近亲繁殖。 但是长期保持一个封闭群就必须要控制各种条件，采取一定的措施。保持封闭群的主要目的的是为了减少群体内的遗传变异，使整个群体的性状、特征能持续稳

20、定不变，而且不产生性质不同（变异）的个体或小群体。培育时应注意下列规则：（一）群体封闭后应维持五年以上为什么把小鼠封闭群有效时间定为五年？其理由如下。假如将两个近交系进行交配，培育出一个新的群体（杂交群）。此时，把其中一个近交系的基因型假定为A/A ，另一近交系为 a/a ，则两者杂交以后所产生的 F1 基因型必定是 A/a ，然后让 F1 进行随机交配，从理论上讲， F2 代基因型分离的比例 A/A 为 25%，A/a 为 50%，a/a 为 25%。再让 F2 进行随机交配，生下 F3，其基因型的比例和 F2 一样，不发生变化。但实际情况不会如此准确，因为还有其它许多因素 （如繁殖率的高低

21、） 的影响， 假如具 a/a 基因型的个体比 A/A 及 A/a 基因型的个体繁殖率低 1/2 的话，此时这三种基因型出现的频率就各不相同（如图 1 所示）， 即随着代数的增加， a/a 型频率逐代减少， 而 A/A 型的频率则逐代增加， 也就是说， 在起初 10 代（从1 10 代），各基因型频率，都有变化，达到 15 升后才趋于稳定（几种基因型频率平行发展）。这虽然是理论的推导，但已用于实践，故目前暂定 15 代，也就是说经过 15 代后，该群体的基因型频率才能达到相对稳定。以小鼠为例，一年大约繁殖 3 代，要达到 15 代，就需要 5 年时间。因此， 5 年确定为小鼠封闭群的最低年限，但

22、这种年限只能用之于小鼠，如豚鼠和兔等世代间隔长，封闭群达到稳定的年数，就比小鼠的更长了。图1不同繁殖率基因型个体的基因型频率变化：在A/A为 35%，A/a为5%，a/a为 25%的群体中a/a的繁殖率为A/A和 A/a的1/2时，各基因型频率的变化。（二）防止产生群体内的隔离状态封闭群体，不要在隔离状态下进行繁殖（交配）。上面所讲的是随机交配时的情况。如果交配不随机（如一封闭群隔离饲养，每处的雌雄只数都不多），而是兄弟姐妹之间交配，则该封闭群就会分化为许多近交系， 从而使该群体的基因型结构发生变化， 结果不但破坏了封闭群固有的遗传结构， 而且将使封闭群分化成几个近交系， 如近交系之间再进行杂

23、交， 虽可提高该群体的繁殖率，可是封闭群原有的特点将因此丢失。假如将某封闭群分在两个饲养间饲养，各饲养间又独立地自行保种，这样就使群体有效大小减少一半， 随之近交系数也将提高，从而在这两个饲养间产生基因结构（型） 变化的可能性也就大了。 因为，基因结构的变化原则上趋向于不随机交配的群体一方。如果经过若干代之后就会变成两个完全不同的封闭群。即使是各饲养间的群体量很大，但相同基因结构的微小变化是不可避免的， 因此经过几十年代后， 这些微小差异积累起来，也同样产生上述结果。有时虽然在同一饲养的保种， 但采取的方法与上述两饲养间的作法相同，结果也会产生两个封闭群。图 2 繁殖场较多时，为避免各繁殖之间

24、产生隔离生产的方法总之，若同属于一个封闭群， 则留种对必须在整个群体内普遍地选择，并进行随机交配。如果繁殖场有两个以上都生产同一品系的封闭群，为避免隔离状态下的配种，可采用图2方式繁殖生产。即由一个种群繁殖提供雌雄种鼠，再分配给各繁殖场，进行随机交配生产，然后供应使用。（三）“群体有效大小”应保持在50 只以上当采用图 5-2 这种生产方式时， 应特别注意种群繁殖场的“群体有效大小”，要达到足够大。 如果封闭群过小，必然引起群体内近交系数上升，而致群体内各种基因的物质纯度提高，这是与封闭群的性质所不相容的，是封闭群最忌讳的。如群体只有雌雄两只组成，就只能进行兄妹交配，结果会育成近交系。如果群体

25、有10 只组成， 这时虽然1、2 代不进行兄妹交配，但在2 3 代后，不可避免地要进行堂兄弟和堂姐妹之间的近亲交配，从而也能使群体的近交系数上升，结果使群体内基因结构改变。为了防止这种现象出现，必须规定群体的大小。“群体有效大小”是群体遗传学的术语，有固定的含义。即在进行动物的繁殖生产时，为表示其群体规模大小，常以雌雄种的数目来表示。这个数目， 通常的含义可定义为该群体的大小，但是当考虑每代之间的遗传特性时，这种表示方法就有问题了。比如，雌雄种的数目虽然相等，但在留种时如来源分布不均时，情况就大不一样（见表1）表 1由 10 对公母鼠组成的不同群体的有效大小双亲号留种仔数12345678910

26、计群体的有效大小留种方式A22222222222040B13030341232020C04034000542012D01200080000204表中所示为 10 对种动物，采取A、B、 C、D 四种不同的留种方法。从中不难看出，四种方式虽都是在 10 对亲代所生的仔代中选种， 但是所选出留种仔数， 在 A 组是来自10 对种鼠，B 组是来自 8 对种鼠， C 组来自 5 对种鼠，而 D组则只是来自2 和 6 号两对种鼠。四组选出的留种仔数分别都是20 只，群体的有效大小从外观上似乎相同，但其基因结构则完全不一样。为了比较这种差异，就采用了“群体有效大小”这一标准来进行衡量。“群体的有效大小”是

27、指一个自然繁殖的群体所包含的雌雄动物数目，是为下一代留种时，能从中随机选种，并随机交配以繁殖后代的数目，并以此作为衡量的尺度，以计数被测群体的有效大小。表5-2 的 B 组所列即大致与所谓理想大小接近，故其有效大小定为20，A组则为 40，正好为 D 组的 10 倍， C 组为 12， D组为 4。如果采取 A 组的形式进行繁殖，必须非常仔细选种才能达到，因此非常麻烦。B 组实际是采服随机选择的一例，因此操作较简便，只要稍微留心选种即可，但是如果不留心，很可能会出现C 组或 D组那种情况，即仅仅从几只母种所生的仔代中选择，势必造成群体有效大小的变小。降低“群体的有效大小”的另一主要原因是种鼠的

28、雌雄数不同。雌雄鼠的性比越大， 其“群体的有效大小”就变小（可见表2）。表 2群体大小相同、雌雄种的比不同时的“群体的有效大小”雌 种 数雄 种数群 体 大小群体的有效大小10102020.01282019.21462016.21642012.8182207.2191203.8下面的公式用以计算“群体有效大小”与群体近交系数上升率之间的关系，也就是说只要进行随机交配，两者之间的关系可用下列公式计算： F1=1/2Ne F1: 近交系数的上升率Ne：群体的有效大小由此公式我们可以看出，Ne 越大，则 F1 就越小。在封闭群的规定中，“群体的有效大小”被定为50。为什么要定为50 与要成为近交系就

29、必须兄弟姐妹交配20 代一样，也就是说只在一般群体中，近交系数的上升率（F1）等于百分之一时，群体的有效大小（Ne）恰好是 50。在一般情况下， 大量生产实验动物的繁殖是用各种雌雄鼠的比例进行生产的。表 3 用以说明在不同性别比例时的情况，要达到“群体有效大小”50左右时所需的雌雄鼠数。根据表 5-3 ，现假定如下计划生产方式，即每周用一只雄鼠与2 只雌鼠进行交配，这种雌雄两性配合的比例为1：14。这样的群体，要达到有效大小50 时，至少须经常保持雄鼠14 只，雌鼠 196 只，这交不是说，只要准备好14 只雄鼠和196 只雌鼠就万事大吉了，而是为了在下一代留种时能从较多的种群中进行广泛选种，不致因种群数目较少而不得不进行近亲交配。因为，种雄雌鼠太少了，不知不觉地就提高了近交系数，结果就丧失了封闭群的意义。表 3 雌雄性别比例不同的各群体要达到有效大小50 以上时所需的雌雄鼠性别 比例群体有效大小达到50 时所需的动物数群体的有效大小雄雌1： 125255001： 615755001： 7151065251：10141405091：1414196523( 四 ) 不要用人为淘汰的方式选种所谓人为淘汰的方式选种，是把基因决定的性状引向特定方向，结果使群体内基因结构发生变化。例如在图