2实验动物概论遗传学标准化XXXX531

Chapter2

实验动物概论和实验动物质量标准化基础医学实验教学中心杨拯2、大学应该培养什么样的学生？

2重视小型讨论3重视学生动手能力

4主要学习方式－以学生为中心的小组教学主要教学模式－以问题为中心的小组教学51.实验动物学绪论

2.实验动物微生物质量的标准化3.实验动物遗传学质量的标准化4.实验动物的环境5.实验动物的设施6.实验动物的生物学特性及应用7.实验动物的选择与应用8.疾病动物模型9.实验动物学技术自主学习计划6每次讨论课前由各个小组提出讨论题目，全班讨论。各组教学讨论内容由各组代表抽签决定。每次课前组长与教师审查讨论稿。

7

你还有什么好的建议？

8问题2

学生的全程参与开展自主学习后，同学们的学习积极性极大提高，但是大部分同学仅参与本组的教学内容学习，对于其它组负责的章节仍然没有积极主动学习。9解决的方法

课堂提问讨论，不讨论的同学该项目不得分，促进学生的全程参与。该小组的同学不发言，成绩受影响。10问题3目前的考核，不注重知识的综合应用和能力的培养（创新能力，自学能力），不能体现自主式学习教学效果的评估。不能考核学生的综合应用知识。11教学相长教学是一个不断探索创新的过程，在这个过程中我们必须善于观察、善于学习，尤其要善于向学生学习。学生中蕴藏中丰富的想象力和活力，教师要帮助学生发掘自己的潜能，让学生清楚地明白自己的需要和问题。12教学相长，关键是解放思想培养创新人才不仅要重视学生批判性思维、创造性习惯的养成，而且还应特别重视动手能力的培养，培养富有想象力和创造力的人才教师上讲台不仅要给学生传授高深学问，还要让学生在与老师平等的零距离接触中，在平凡的学习中领悟科学、宇宙和人生的真谛。13在具体的课程教学中，教师和学生应该是合作伙伴，有意识的发现教学中的问题，积极探索教学改革。14三、实验动物学的基本要求

课堂学习课外自主学习课堂讨论自主学习15鼓励学习综述论文15分科学论著20分专利

20分

仪器制作10分加分16从现在开始让我们进入学习情景本课程期间同学们要完成的核心任务就是为一个科研课题进行动物设计。2~3人组成一个学习小组，每组共同完成一份。课题自拟。17情景实例：小李硕士毕业后，进入某研究所工作，课题组长张教授交给小李一项科研课题：银杏叶提取物抑制脊髓损伤后细胞凋亡的机制研究张教授请小李负责本课题动物实验相关的规划工作。现在小李需要做什么呢？18选择实验动物：查资料了解课题的研究情况，尤其是常用动物的种类，确定使用哪种实验动物。大鼠？小鼠？犬？…….了解实验动物的基本知识进一步明确实验动物如何选择，以确定课题应使用的实验动物品种。19规划动物实验如何饲养实验动物——场所、营养、饲养管理实验怎么做？——所选实验动物的生物学特性、动物实验基本技能（麻醉、给药、手术、采血……）、动物模型如何复制20动物设计方案的要求具有正式计划书的形式，形式自拟。包含对实验中，以下内容的设计：动物选择的设计（遗传学和微生物学标准化）动物饲养的设计（环境与营养条件标准化）动物实验方法的设计（动物模型复制方法、技术路线）21讨论课题目示例实验动物伦理学是否应该使用实验动物？并对你的论点做出阐述。如果你认为应该使用实验动物，请问在使用实验动物时应该如何体现对生命的尊重？如果你认为不应该使用实验动物，请问应该如何解决人类科学进步与不能使用实验动物的矛盾？22讨论课题目示例实验动物的质量控制如何选择实验动物？需要考虑实验动物质量的哪些因素？以科研实例说明在进行科研实验的动物设计时实验动物遗传学质量控制的重要性。以科研实例说明在进行科研实验的动物设计时实验动物微生物学质量控制的重要性。23学习目标掌握：实验动物、实验用动物的概念；实验动物按微生物控制分类及四种级别动物的概念；实验动物按遗传学分类及各种动物的概念。实验动物标准化的定义、意义和研究内容。熟悉：清洁级动物、SPF级动物、无菌动物、悉生动物的特征和应用；近交系动物、封闭群动物、突变系动物的应用。实验动物遗传学质量标准化的方法。了解：近交系动物、封闭群动物、突变系动物的命名法则。实验动物微生物学质量检测的方法。24实验动物的特点：1.从遗传角度讲，实验动物必须经人工培育，遗传背景明确，来源清楚。其科学涵义应是人工培育的遗传限定的动物。依据基因纯合的程度，常把实验动物划分为：近交系inbredstrain；封闭群（远交群）outbreedstock；杂交群hybrids25实验动物的特点：2.所有实验动物的微生物、寄生虫都是在人工严格监控之下繁育的。对其携带的微生物、寄生虫实行人工控制。根据对微生物、寄生虫控制程度，我国将实验动物划分为四个等级：普通动物、清洁动物、无特定病原体动物

、无菌动物。26实验动物的特点：3.从应用角度看，可以认为所有的实验动物主要应用目的都是科学实验。目前，几乎所有的生命科学实验，如：医学、制药、化工、畜牧、农业、环保、商检、军工、宇航乃致实验动物本身的研究，实验动物总是作为人类的替身进行各种科学实验，是最精密的仪器也无法替代的。27综上所述：实验动物虽然来源于大自然，但已经不同于大自然的动物。从某种意义上讲，实验动物是经人类用现代手段创造的，用于为人类科学实验服务的，并具有新的生物学特性的动物品种。

28实验动物需满足基本要求对实验处理因素有较高的敏感性

对实验处理因素的个体反应具有均一性

模型性状具有遗传上的稳定性动物来源具有易获得性保证动物实验的准确性、敏感性和重复性29二、实验动物在实验动物学中的分类方法按遗传学控制原理分类按微生物学控制等级分类301.按遗传学控制原理分类近交系（inbredstrain）突变系（mutantstrain）封闭群（closedcolony）杂交群(hybridcolony)31品种和品系是实验动物遗传学分类的单位什么是品种和品系？32品种(stock)

是种以下的进一步的分类。品种一般系指具有一些容易识别和人们所需要的性状，而且可以基本稳定遗传的动物群体。33KM小鼠青紫蓝兔Wistar大鼠34品系(strain)在实验动物学中把基因高度纯合的动物称作品系动物。C57BL/6是近交系动物中的一个品系，属低癌、高补体活性的动物。

C57BL/635动物分类学中，种(species)是分类的基本单位。而实验动物学中把同一种动物中具有不同遗传特性的动物分成不同的品种(stock)、品系(strain)。品种、品系的概念超出了一般动物学分类的概念，是实验动物分类的基本单位。习惯上把近交系动物称为品系，封闭群动物称为品种。36实验动物按遗传学控制原理分类近交系（inbredstrain）突变系（mutantstrain）杂交群（hybridcolony）封闭群（closedcolony）各遗传控制类群有什么特点？有什么应用价值？37（1）近交系（inbredstrain)至少经过20代以上的连续全同胞交配或亲子交配，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。代表动物：BALB/c、C57BL/6、DBA/238一些的动物情况有所不同犬全同胞兄妹交配8代鸡近交系数达到50％血缘系数80％以上39近交系的命名近交系一般以大写英文字母命名，亦可以用大写英文字母加阿拉伯数字命名符号应尽量简短。如A系、C3H系等。自1952年以来，国际近交系小鼠标准命名委员会（CommitteeStandardizedNomenclatureforMice）对国际承认的近交系小鼠进行标准命名，每隔4年在CancerResearch杂志上公布一次。40近交系动物的特征

①遗传基因位点的纯合性(homozygosity)

近交系动物培育成后，其任何一个基因位点上的纯合概率高达98.6％以上，导致动物群体不再携带未知的隐性基因（Hiden），品系将会保留和表现所有的遗传性状。41②表型一致性(uniformity)

由于遗传上的同源性，近交品系内个体在表型上极为相同，尤其是那些高度由遗传决定的生物学特征。近交系表型上的一致性使得使用较少量的动物，即可以达到统计学的精确程度。42遗传组成的同源性(isogenicity)遗传组成独特性(individuality)长期遗传稳定性(stability)遗传特征的可辨性(identifiability)对外界因素的敏感性(sensitivity)生活力下降国际分布广泛性背景资料完整性生产饲养成本高43应用：节省样本量。组织细胞或肿瘤移植,个体间相容性一致。隐性纯合基因的暴露，获得先天性畸形及先天性疾病的动物模型，如糖尿病、高血压等。某些品系自发或诱发肿瘤，成为肿瘤病因学，肿瘤药理学模型。多个近交系同时使用，分析不同的遗传组成对某项实验结果的影响，或观察实验结果是否具有普遍意义。44亚系(substrain)是指育成的近交系在培育过程中，由于残留杂合子基因的分离，基因突变的产生以及遗传污染导致部分遗传组成改变而形成遗传差异的近交系动物群。45亚系的命名亚系的命名方法是在原品系的名称后加一道斜线，斜线后标明亚系的符号。亚系的符号有以下3种：(1)数字，如DBA／1、DBA／2等。46

(2)培育或产生亚系的单位或人的缩写英文名称，第一个字母用大写，以后的字母用小写。使用缩写英文名称应注意不要和已公布过的名称重复。例如：A／He，表示A近交系的Heston亚系；CBA／J表示由美国杰克逊研究所保持的CBA近交系。47(3)当一个保持者保持的一个近交系具有两个以上的亚系时，可在数字后再加保持者的缩写英文名称来表示亚系。如：C57BL/6J，C57BL/10J分别表示由美国杰克逊研究所保持的C57BL近交系的两个亚系。例外情况是一些建立及命名较早，并为人们所熟知的近交系，亚系名称可用小写英文字母表示，如BALB/c、C57BR/cd等。48支系(subline)

当饲养环境改变，或对动物进行某些技术性处理时，也有可能对近交系的某些生物学特征产生影响，这些特征可能是遗传性的，也可能是非遗传性的。这些处理在某些实验中会影响实验结果，因此有必要对同一品系或亚系进行区分，这些经过处理的动物可视为这些近交系或亚系的支系。49支系(subline)产生支系的具体情况有：

ⅰ经人为技术处置，如：代乳、受精卵或胚胎移植、卵巢移植、冷冻保存和人工哺乳等。ⅱ种群转移到新的保持者。50支系的命名(1)人为技术处理形成的支系，在原品系后加小写英文字母表明处理方式。如：C3HfC57BL、AeB，C57BL/6peCBA/H代乳f(Fosternursing)人工喂养h(Hand-rearing)受精卵或胚胎移植e(Eggorembryotransfer)卵巢移植o(Ovarytransplant)人工代乳fh(Fosteronhand-rearing)冷冻保存p(Freezepreservation)51(2)一个近交系引种到另一个单位时，用亚系名称后加一斜线表示。例：C57BL/6J/Lac表示保持于LAC的C57BL/6J亚系的一个支系。经过数次引种的支系，只在亚系名称后标明现在保种单位的名称，而不累计中间引种单位的名称。52

近交系动物的分类和应用普通近交系重组近交系同源近交系同源突变近交系同源导入近交系分离近交系53普通近交系

普通近交系动物是通过至少（或相当）20代以上兄妹或亲子交配之后培育成的。54重组近交系recombinantinbreedstrain,RI

由两个无血缘关系的近交系杂交后，得到F2代，分组分别经续20代以上的兄妹交配而育成的近交系列组动物。为重组近交系提供亲代的两个近交系称为祖系。该品系动物既具有其双亲品系的特性，又具有重组后一组内和每个重组近交系的特征。55重组近交系的命名由两个亲代近交系的缩写名称中间加大写英文字母X命名。由相同双亲交配育成的一组近交系用阿拉伯数字以区分。例如：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……C57BL/6XDBA/2→B6XD256同源近交系两个近交系除了个别位点上携带不同的基因外，而其它位点上的基因都一样，我们就称这两个近交系是同源近交系，即遗传上相同。个别不同的基因称为差异基因。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。57(1)同源突变近交系

coisogenicinbredstrain两个近交系除了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。同源突变系一般由近交系发生基因突变而形成。58同源突变近交系的命名在原来的品系或亚系符号后加连字符，再写斜体的基因符号。如：DBA/Ha_D,129_dy59（2）同源导入近交系

congenicinbredstrain通过基因导入的方法将一个目的基因导入某个近交系的基因组内，由此形成的一个近交系与原来的近交系只是在一个很小的染色体片段上基因不同。基因导入的方法：杂交－互交(cross—intercross)或回交60同源导入近交系的命名B10.129_H_12b表示由近交系C57BL/10sn接受了由129/J提供的H_12b基因61(3)分离近交系

segregatinginbredstrain在培育近交系的过程中，采用一定的交配方法，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，能分离出该基因位点上带有不同等位基因的两个近交系亚系。命名与同源突变近交系相似。62（2）突变系（mutantstrain）定义保持有特殊突变基因的品系动物称为突变系动物(mutantstrainanimals)。命名在原品系名后加横线，横线后加上突变基因的符号。如129-dy。

631973年丹麦的C.W.Friis在BALB/cA近交系小鼠中发现自发性突变的无毛小鼠，该突变小鼠胸腺发育不良，免疫T细胞缺失，而培育成了BALB/cA-nu。之后引至日本实验动物中央研究所，1989年自日本实验动物中央研究所引入到中科院上海实验动物中心BALB/cA-nu64突变系的应用突变系动物有与人相似的疾病表现，各种突变系动物是研究遗传病、免疫性疾病和肿瘤的主要试验材料。突变系动物所携带的突变基因通常导致动物在某些方面的异常，从而可成为生理学、胚胎学和医学研究的模型。65封闭群：以非近亲交配方式繁殖生产的一个实验动物种群，不引入任何外来血缘，在封闭条件下交配繁殖进行随机交配繁殖的动物群体，叫封闭群动物，或叫远交群。（3）封闭群（closedcolony）66封闭群的命名封闭群由2～4个大写英文字母命名，种群名称前标明保持者的英文缩写名称，第一个字母需大写，后面的字母小写，一般不超过4个字母。保持者与种群名称之间用冒号分开。例如，N：NIH表示由美国国立卫生研究院保持的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。67常用的封闭群动物SD大鼠毕格犬ICR小鼠68封闭群动物的特点①具有较强的繁殖力和生活力，成本低，易生产，可大量生产，充足供应。广泛应用于实验，一般实验及学生的教学。②遗传组成具有很高的杂合性SHR69③封闭群动物的突变种携带的突变基因通常可导致动物某些方面的异常，成为生理学、胚胎学和医学研究的模型。如高血压大鼠。④由于其可携带大量的隐性有害基因，可用于估计群体对自发或诱发突变的遗传负荷能力。SHR70（4）杂交群(Hybridcolony)由不同品系或种群之间杂交产生的后代称为杂交群。两个品系杂交叫二元杂交；两个品系以上杂交叫多元杂交。用于实验研究的杂交群是指两个近交系之间交配所繁殖的子一代动物，简称杂交Fl代动物71杂交F1代动物（F1-hybrid)

由两个近交系杂交生育的第一代动物。其遗传组成均等地来自两个近交系，属于遗传均一并具有相同表现型的动物，是医学生物学研究中所使用的相同基因型动物的一种。如：AKR×DBA/2：AKD2F172雌性亲代名称X雄性亲代名称，将以上部分用括号括起．再在其后标明杂交代数(如F1)。对品系或种群的名称可使用通用的缩写名称。例如：（C57BL／6XDBA／2)Fl＝B6D2Fl73杂交F1代动物的特点①表型的一致性：

杂交F1代的基因不是纯合子，但个体间基因型是整齐一致的，遗传性是稳定的，表现型也一致。故可获得精确度很高的实验结果，广泛用于营养、药物、病原和激素的生物学评价。74②基因型一致：杂交群动物虽然具有杂合的遗传组成，但个体间基因是相同的,可接受个体间、亲本品系细胞、组织、器官、肿瘤移植。用于免疫学、发育生物学研究。75③与近交系相比具有杂交优势：近交系动物的生活力、对疾病的抵抗力、对实验的耐受性都较差，而且较难繁殖和饲养，反之，F1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。在某些方面比近交系更适用于科学研究。可作为代乳动物，卵、胚胎、卵巢移植的受体。76④国际分布广泛：

杂交群动物已广泛应用于各类实验研究，实验结果便于国际上进行重复和交流。77第三节实验动物的标准化和质量控制为什么要实现实验动物的标准化？什么是实验动物的标准化？如何实现实验动物的标准化？78一、为什么要实现实验动物的标准化？实验动物与设备和试剂同样重要AEIR四要素AnimalEquipmentInformationReagent79实验、工作人员的健康和生命的保证常见的人畜共患病：流行性出血热、狂犬病、猴B病毒、淋巴细胞脉络丛脑膜炎病毒、利什曼原虫等80动物生产和繁殖的保证动物一旦染上传染病，则种群难以净化，一些烈性传染病如鼠痘、兔病毒性出血症等可导致动物全军覆没，造成巨大的经济损失。81实验结果准确性、规律性、重复性的保证82

标准化是指为适应科学发展和合理组织生产的需要，在产品质量、品种规格、生产条件、实验条件等方面规定的统一技术标准。什么是质量标准化？什么是实验动物的标准化？二、实验动物的标准化8384二、什么是实验动物的标准化？实验动物的标准化是指在实验动物质量，品种品系，生产和实验条件等各方面规定的统一技术标准。85三、实验动物标准化的研究内容实验动物标准化由以下四方面保证：1.实验动物遗传学质量的控制2.实验动物微生物学质量的控制3.实验动物的环境控制4.实验动物的营养控制86四、实验动物遗传学质量的标准化各类实验动物繁殖育种体系是实现实验动物遗传学质量标准化的重要手段（教材第四章）实验动物学遗传学质量检测是实现实验动物遗传学质量标准化的保证87由一个基因和多个基因决定的任何特征都能用来检测一个品系。常用的检测特征形态学特征：毛色基因检测法，下颌骨形态法，免疫学特征：皮肤移植法，混合淋巴细胞培养法生化特征：生化标记法（酶和蛋白质）分子遗传特征：DNA分子多态性标记法遗传学质量监测方法881.毛色基因检测被毛颜色的变化是位于细胞水平的生化过程，它是由基因控制的。鼠的毛色由Aa、Bb、Cc、Dd、Ss、Pp六个等位基因控制，平时主要由A、B、C、D四个控制，其中cc是其他等位基因的上位基因，纯合时表现为白化。毛色基因检测时最简单的遗传质量监测方法。主要用于白化小鼠的毛色基因监测。

形态学方法89例：以DBA/2小鼠为标准，检测A系小鼠是否被污染A系个体aabbccDD×aabbCCddDBA/2（白化小鼠）（淡棕色）

F1代的毛色基因应为aabbCcDd表型应为：毛色棕色。如果F1代出现了其他毛色的小鼠说明该品系被其他品系的小鼠污染

90912.下颌骨形态分析法

1972英国实验动物中心Festing取同日龄或20±1g小鼠的头骨，将其煮沸3分钟以上，然后取下右侧下颌骨，放入0.2%胰蛋白酶或胃蛋白酶中，37℃消化24小时后用清水洗净，将下颌骨置于L形直角坐标板上测量11个位点92下颌骨形态分析图其中1-6为高度测量点，7-11为长度测量点，记录各测量点的值，与参考标准或以前测定的同一品系数据比较，就可以判断被测动物的纯度。93免疫学方法3.皮肤移植法

Billing1959提出检测组织相容性（H-2）基因的差异，皮肤移植法的依据是高度纯合的近交系，其组织相容性抗原应该是纯合的它是一个敏感、使用广泛的方法，以尾部皮肤移植法为好94皮片在第一周内苍白、干瘪、脱落，则为技术失败。对照自体移植，技术失败率不得少于10%。皮片在第2～3周内发炎、水肿、坏死、结痂直至脱落，则为急性排斥。遗传污染通常引起急性排斥。皮片在第3～9周内逆毛逐渐脱落，直至无毛；或者因排斥留下凹陷疤痕，都为慢性排斥。遗传突变通常引起慢性排斥。皮片在100d的观察期内，始终有逆毛，则为永久接受的标志95移植类型与移植物的命运名称遗传移植物命运基因型个体品种自体移植同同同长期存活同基因型的移植同不同同长期存活同种异体移植不同不同同移植物于短期内排斥同种近交系F1代移植同不同同长期存活亲代与F1代移植不同不同同F1→亲代—排斥亲代→F1—存活96生化标记法依据基因的产物的差别异构蛋白和酶在特定电场内携带的电荷不同采用电泳的方法将它们区分。一些遗传差异性明显的同工酶和异构蛋白可以作为品系鉴别的标志，它们所表现出来的遗传差异性成为生化标记。我们可以根据电泳带型即蛋白质的表现型推断被检测小鼠的基因型，建立各种近交系的遗传概貌979899100101分子标记法现代分子生物学技术的发展，为实验动物遗传检测提供了更为有力的手段。优点：多态性高，已鉴定的分子标记数量多，检测方便，样品异保存和运输等。102①RFLP标记RFLP是限制性片断长度多态性（reflectionfragmentlengthpolymorphism）的简称。例：EcoRⅠ识别5’-GAATTC-3’BamHⅠ识别5’-GGATCC-3’103104②微卫星DNA标记法微卫星(microsatelliteMS)是指重复单位为1—5bp重复十数次至数十次的一类DNA序列，又称为短串联重复（shorttandemrepeat,STR）。微卫星在真核细胞中广泛存在，分布均匀，平均6—60kb就有1个重复序列。它的多态性称为简单序列长度多态性（simplesequencelengthpolymorphism,SSLP）。105106微卫星标记法采用从小鼠基因组中PCR扩增出微卫星侧翼序列，进行电泳以后对结果进行分析，从而判别小鼠遗传是否发生改变。微卫星被用作基因作图的标记，在接近完成的小鼠遗传图中，7377个遗传标记中有6580个是微卫星的遗传标记。107③RAPD标记建立在PCR技术基础上，利用一系列不同的随机片段为引物，对所研究的基因组DNA进行PCR扩增。这些扩增产物的多态性反映了基因组的差异性。108随机引物对纯系RAPD分析随机引物对非选育系RAPD分析109五、实验动物微生物学质量的标准化意义1、保护人员健康2、保证动物质量3、确保动物实验结果准确可靠110三、实验动物微生物学质量的标准化实验动物微生物质量控制标准实验动物微生物质量检测1111.实验动物微生物质量控制国家标准GB14922.1—2001《实验动物微生物学等级及监