实验动物学新版.4

实验动物按遗传学控制分类

一、实验动物品种、品系的概念一切动物的分类都离不开传统的生物学分类法则。每一种实验动物都可以在传统分类法中找到自己的位置。如：小鼠属于脊椎动物门，哺乳纲、啮齿目、鼠科小鼠属动物。

在动物分类学中，“种”（species)是动物分类的基本单位。而实验动物学品种(stock)、品系(strain)的概念超出了一般动物学分类的概念，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、品系，它们各自有其品种品系的特征。品种、品系才是实验动物分类的基本单位。

实验动物品种品系应具备的四个基本条件：

1、相似的外貌特征；

2、独特的生物学特性；

3、稳定的遗传性能；

4、具有共同的遗传来源和一定的遗传结构。实验动物遗传学质量控制是实验动物标准化的主要内容之一。从遗传学角度讲，实验动物是具有明确遗传背景并受严格遗传控制的遗传限定动物。根据其遗传特点不同，实验动物分为:

●近交系●封闭群

●突变系●系统杂交动物第一节近交系动物的特点及应用一、近交系的定义：

1、定义：近交系动物一般称为之纯系动物。是采用兄妹交配或亲子交配，连续繁殖20代以上而培育出来的纯品系动物。近交系数应大于99%。

2、近交后引起的变化：

(1)近交可以增多纯合性，也就是降低杂合性。

近交引起的基因纯合情况：代数各种基因的比例纯合子（野鼠色）AA杂合子（野鼠色）Aa

纯合子（黑色）aa

原始种群1/42/41/4兄妹交配下一代5/166/165/16兄妹交配下二代11/3210/3211/32兄妹交配下三代24/6416/6424/64兄妹交配20代以后50/100050/100

（2）近交可将群体分离为不同基因型的品系。原始种群经过近交分为若干近交系，在不同等位基因的不同位点上变为纯合子。原始种群的小鼠兄妹交配连续20代之后分离出两支等位基因A和a的近交品系：等位基因A的品系：只生产野鼠色后代。等位基因a的品系：只生产黑色后代。

（3）近交可引起近交衰退

亲缘接近的交配所产生的后代常常会出现生长、成活、生育、抗病、适应环境等能力的减退，这种现象称之为近交衰退，如何克服和解决这个问题，是培育近交系动物的关键所在。近交衰退发生的原因是多方面的，从遗传学的角度解释主要有两点：

A.有害的隐性基因的暴露。一般病态的突变基因绝大多数都是隐性的，所以处于杂合状态时是不表现出病态或不利的性状，这些有害基因的作用可被显性的杂合子等位基因所掩盖，但经过一段近亲繁殖，纯合的基因（纯合子）比例渐渐增多，于是有害的隐性基因相遇成为纯合子而显出作用，出现了不利的性状，对个体的生长发育、生活和生育等产生明显的不利影响。

B.多基因平衡的破坏。虽然每个基因的作用效应微小，个体的发育受多个基因共同作用的影响。对环境适应较好的野生或杂交动物，由于自然选择的作用有利于保存那些生物适应能力较强的基因组合,具有平衡的多基因系统，近交繁殖往往会破坏这个平衡，造成个体发育的不稳定。

近交衰退往往在近交培养过程中的最初若干世代中表现出来，以后经过一定的人工选择，带有纯合有害基因的动物被逐渐淘汰，或者由于无意识地保留了一小部分的杂合性，经过5～10代左右的培育繁殖，后代中生育与生活力可以逐渐稳定，不再下降。

由于近交系动物是采用近亲繁殖方式，因此容易引起生活力的降低、生长繁殖力退化、抗病力降低等近交衰退变化，为了防止这些问题产生，应注意如下几点：

A．为防止种群传代终断，可采用回交方式（即父×女或母×子）而不计算近交代数，这样可以维持种群不致在繁殖中终断。

B．饲料营养的保证很重要，在一般传代至5～7代时会出现生命力下降，生长繁殖退化，或出现产仔畸形等情况，因此应在饲料中适当增加营养成分以保证子代生长发育正常。

C．在传代中注意检查子代的情况选优去劣，选择体质健康、生殖力旺盛的后代而不能选择体弱繁殖力差的动物。

D．近交到6～7代时，可出现致死的有害基因，而且这种致死基因随近交代数增加而不断升高，可引起个体死亡，为此，培育近交品系，开始不必用同窝兄妹交配，用同父异母，或同母异父的兄妹交配，如待近交品系建立后再改变致死基因则很困难。

二、近交系的繁育的基本方法：一般采用以下三种方法：

●单线法

●平行法

●选优法（1）．单线法：从近交系原种选出3～5个兄妹对进行兄妹交配，从中选出生产能力最好的一对进行繁殖，然后从中选择一对作为下一代生产的双亲，如此一代代的延续下去。这个方法生产的个体比较均一，但选择的范围太小，由于只有单线的仔代，易发生断代危险。

2．平行法：选3～5对兄妹对，每个兄妹对都选留下一代种鼠，一代代的延续下去，这个方法生产的个体不太均一，但选择范围大，易发生分化。3．选优法：这个方法保留了上述两个方法的优点克服了两个方法中的缺点，是个较好的保种方法。假定每代选6对，每对都选自同一双亲的仔代同胞兄妹，在繁殖过程中，每一代均保持6对，当某对出现不孕或生产能力降低，而不适于继续繁殖时，则可从另一对所生的后代中选择优良者加以代替。

三、近交系数近义系数是指个体由于近交而造成的异质基因减少时，同质基因或纯合子的百分数。它反映了动物在不同代次的纯化程度。Felconer提出一个便于计算的公式：Fn=1-(1-△F)n。n表示近交代数，△F是每进一代的近交系数上升率。例如繁殖了10代，△F为19%，代入公式，则F10=1-（1-0.19）10=1-(0.81)10=1-0.1216=0.8784=87.84%也就是说繁殖到第10代时，纯度可达到87.84%，还有12.16%是杂合的。

Felconer近亲系数表：代数F代数F10.250110.90820.375120.92630.500130.94040.594140.95150.672150.96160.734160.96870.785170.97480.826180.97990.859190.983100.886200.986

四、近交系的特征：（一）基因纯合性。通过持续20代以上的近亲繁殖，基因已高度纯合化。纯合子的纯度在理论上接近最高点，基因已有98.6%以上完全纯合，仅有1%左右不纯合，因此近交品系动物的基因是一致的，遗传组成亦相同。

在一个近交品系内所有动物的各个基因位点都应该是纯合子，这样的个体与该品系中任何一个动物交配所产生的后代也应该是纯合子，在这些动物中没有暗藏的隐性基因。（二）遗传稳定性。由于近亲繁殖增加了在特定部位纯合子互相配合的可能性，因而减少了遗传变异，基因型可长期处于稳定状态，这种相对稳定性来自纯合性。因为基因高度纯合，所以纯合子基因可以极稳定地传给后代。如DBA系已维持了60多年，C57BL系已维持了50多年，但至今仍与原品系极相似。当然近交系动物有时会因突变造成基因改变而发生变异，是为例外。

因此，近交系动物在遗传上是相当稳定的，遗传上的变异仅发生在少量残留杂合基因或基因突变上，而这种机率非常低。如果品系在被确认为近交系后坚持近交，同时辅以遗传监测，定时地发现和清除遗传变异的动物，保持近交系动物遗传稳定性是绝对没有问题的。（三）同基因性。基因型或称遗传型是一切遗传基础的总和，是内在的遗传本质。同基因性，是指一个近交品系中所有个体在遗传上是同源的。由于基因高度纯合和基因型相当稳定，而致个体间极为相似，即同一品系内具有基本相同的遗传组成和基因点，也就是基因型相同。这种遗传上的均质性可采用组织移植方法来检测，也可用一只动物检测群体的基因型；从子代群体中检定母系群体。（四）表现型的均一性。表现型是基因在环境因素作用下表现出来的、可被直接观察到的亲代的性状。在相同环境因素的作用下，由于遗传是均质的，所以其表现型是均一的，反应性是一致的。近交品系动物的性状如肿瘤发病率、形态学特点、血型和组织型、对药物的反应、甚至行为的类型等都可高度遗传，均衡一致远比远交系为强，因此可用较少量的近交品系动物，达到统计需要的精密度。（五）个体性。由于不同品系都具有不同的遗传组成和生物学特性，所以不同品系各有不同的特性。目前国际上公认的250个近交品系小鼠间，均各有明显的区别，有其不同的反应性和敏感性，如自家免疫病鼠、白内障鼠、脑积水鼠、多尿症鼠、缺乏免疫球蛋白M鼠、对胰岛素敏感鼠等等。因此，选择近交品系鼠时，必须注意其是否适合各项研究设计的需要，决不能认为近交系动物遗传均一、基因型相同、反应性一致，就随便选一个品系来做实验。（六）分布的广泛性。许多近交系在国际上广泛分布，从而有可能在世界各国之间进行比较研究。这在理论上意味着不同地区、不同国家的科学家有可能去重复或验证已取得的理论和数据。但因环境变化可引起遗传变异，因此，环境条件应力求尽可能一致。如同一近交品系的两只动物，一只吃完善的饲料，另一只吃营养不足的饲料，则二者可发生不同的变化。（七）资料可查性。近交品系的一个最有价值的特点是：最常用的品系都具有相当数量的背景资料，由于近交品系动物在培育和保种的过程中都有详细的记录，加之这些动物分布广泛，经常使用，目前已有相当数量的文献记载着各个品系的生物学特征，这些有关品系的特征、寿命和自发性疾病等资料，对研究工作选择品系是极为重要的，而且这些基本数据对于设计新的实验和解释所得结果提供了便利条件。（八）可分辨性。每个近交品系都具有自己独特的生化标志基因等特点，研究工作者可定期进行检测，以识别所使用的近交品系动物是否可靠。方法有：生化位点法、皮肤移植法、毛色基因法和下颌骨测量法。由于绝大多数近交品系在很多遗传位点上已有了分型，如果掌握了这些方法，可以根据这些位点的分型轻而易举的将混合在一起的两个外貌近似的品系分辨出来。（九）近交系的缺点近交系的主要缺点在于近交形成的近交衰退现象，表现在其生活力和生育力降低，对外界环境的变化较为敏感，抗病和适应环境等能力减退。这就增加了近交系动物饲养繁殖的难度。

五、命名：近交系动物的命名，尤其是近交系小鼠的命名已由国际统一规定，由国际实验动物科学委员会（ICLAS）的小鼠标准化遗传命名委员会制定了命名法，并由该组织对各国培育的新品系作鉴定和认可。近交系、亚系和支系的命名在国际上一般按以下原则进行：

1、近交系可用1--4个大写罗马字母或者大写英文字母为首，以数字相结合加以命名。在品系符号后的括号内，用大写英文字母F（Filial的缩写）加上数字指示兄妹交配的代数。例如：NBZ（F95）；C3H（F130）。

2、亚系的命名是在品系名称后加斜线号，再加上数字或培育者与培育单位名称缩写，或者以数字开头与缩写同时使用。例如：A/He（F95）是指近交到95代由Heston培育的A品系的亚系；C57BL/6J（F118）是指近交到118代由JacksonLaboratory培育的6J亚系。

3、亚群（支系）的命名是在品系（亚系）的名称后加双斜线号，再加上保持者名称的缩写。例如：C57BL/6J//Lac指由英国实验动物中心（Lac)维持的C57BL/6J品系的亚群。某些技术上的处理，则应该用小写英文字母作为相应的符号加以注明。例如：C3HfC57BL表示由C57BL品系代乳的C3H品系，通常也可缩写为C3HfB6。第二节、封闭群动物（远交系）（Closedcolony)

一、基本概念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。封闭群（Closedcolony）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。二、封闭群的特点与应用（一）特点：1、封闭群是长期与外界隔离，雌雄个体之间能够随机交配的动物群。其遗传组成较接近于自然状态下的动物群体结构。虽然封闭群动物群体中个体之间由于具有遗传杂合性而差异较大，但是从整个群体来看，封闭状态和随机交配使得基因频率能够保持稳定不变，从而使群体在一定范围内保持有相对稳定的遗传特征。

2、封闭群动物的关键是不从外部引进任何新的基因，同时进行随机交配，不让群体内的基因丢失，以保持其一定的杂合性。

3、封闭群由于其遗传组成的杂合性较高，容易受到选择、近交和随机遗传漂变的影响而发生遗传上的改变，因此在培育和维持的过程中要注意：a、隔离；b、选择；c、有效群体大小；d、培育代数。（二）应用：

1、封闭群动物避免了近亲交配，遗传组成具有很高的杂合性，所以封闭群动物具有较强的繁殖力和生活力，表现为每胎产子多，胎间隔较短，仔鼠死亡率低，生长快，成熟早，寿命长，对疾病的抵抗力强。在饲养繁殖过程中无需详细记录谱系，成本低，易生产，，可大量生产，充足供应。广泛应用于予实验，一般实验及学生的教学。

2、由于封闭群动物的遗传组成具有很高的杂合性，所以在遗传学研究中可作为选择实验的基础群体，用于对一些性状遗传力的研究。

3、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。

4、封闭群动物具有类似于人类群体遗传异质性的遗传组成，因此，在人类遗传研究，药物筛选和毒性试验等方面起着不可替代的作用。5、封闭群突变种所携带的突变基因通常导致动物在某些方面的异常，从而成为生理学、胚胎学和医学研究有用的动物模型。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。三、培育方法及注意事项培育时应注意下列规则：（一）群体封闭后应维持五年以上（二）防止产生群体内的隔离状态如果交配不随机（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。（三）“群体有效大小”应保持在50只以上如果封闭群过小，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。(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，从而使某个基因频率发生急剧变化。（五）常用封闭群动物：昆明小鼠、ICR小鼠、LACA小鼠SD、Wistar大鼠DunKin、Harleg豚鼠日本大耳白、新西兰兔第三节突变系动物

一、概念

●正常染色体的基因发生了突变，而且具有了各种遗传缺陷的品系称突变系动物

●用遗传方法将突变基因导入已育成的近交系，这也称突变系动物。

二、突变系动物的特点及应用：（一）特点①因为大多数基因具有在发生突变时才能被认识和识别，所以突变系动物可以作为工具来解释一些基本的生命现象。②突变系动物可以作为人类疾病的动物模型而在基础医学和临床医学中应用。

在小鼠和大鼠中，通过自然突变和人工定向突变，已培育出很多的突变系动物，如目前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，大鼠有50多个品系。特别象无毛、无胸腺裸鼠已成为生物医学研究领域中令人注目的“宠儿”，并被广泛地应用于肿瘤等研究

裸鼠（纯合子nu/nu突变鼠）主要表现为无毛以及缺乏正常胸腺。裸鼠的唯一特性是胸腺缺陷表现型，因此，不能将“裸鼠”与“无毛鼠”两词交换使用。

1962年英国格拉斯哥医院Grist在非近交系的小鼠中偶然发现有个别无毛小鼠。是一种新的自发突变种，并命名为“裸体”（Nude）小鼠，用“nu”表示为基因符号，但当时未被人们注意。

1968年佩蒂路易斯（Pantelouris）发现裸体小鼠没有胸腺，这才引起世界各国医学生物学工作者的极大兴趣。在这以前，为开展细胞免疫学的研究，通常采用药物抑制小鼠T细胞的产生及其作用，或使用外科手术摘除胸腺，这些方法往往由于抑制作用不完全或手术不理想，常导致试验的失败。而自发突变无胸腺裸鼠的培育成功，则提供了研究胸腺功能、免疫学机理的理想动物模型。

（二）应用

近年来，无胸腺裸鼠作为一种新的动物模型，活跃于免疫学、肿瘤学、毒理学等各个领域的研究工作中，尤其在免疫生物学、免疫病理学、移植免疫、肿瘤免疫、病毒和细菌免疫等领域，在短短的数年中，就展开了一系列富有成效的新的研究，推动了各方面的工作，为实验免疫学、实验肿瘤学多供了新的有效的工具。常用突变系动物●联合免疫缺陷小鼠（Scid）16号染色体隐性突变引起T、B淋巴细胞缺乏●裸小鼠（Nu）8号染色体隐性突变，引起纯合子无毛无胸腺，对任何外来移植物无排斥反应“活试管”。●尿崩症大鼠（Di）3号染色体隐性突变，可作为遗传性下丘脑尿崩症模型●糖尿病小鼠（db）4号染色体隐性突变，纯合子肥胖并伴有糖尿病。第四节杂交一代动物一、基本概念杂交一代动物又叫杂交F1代动物，是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表现型相同的动物，是医学生物学研究中所使用的相同基因型动物的一种。杂交F1代动物不是一个品种或品系，因为它不具有育种功能，不能自群繁殖出与杂交F1代相同基因型的动物。

两个用于生产杂交F1代的近交系称为亲本品系（parentalstrain),提供雌性的为母系（maternalstrain),提供雄性的为父系（paternalstrain)。杂交F1代的遗传组成均等地来自两个亲本品系，即每个基因位点上的两个等位基因分别来自母系或者父系。可能是纯和基因也可能是杂合基因。二、使用F1动物的优点

1、遗传和表型上的一致性杂交F1代的基因不是纯和子，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。就某些生物学特征而言，杂交群动物比近交系动物具有更高的一致性，不容易受环境因素变化的影响。

2、杂交优势杂交群动物具有较强的生命力，对疾病的抵抗力强，寿命较长，容易饲养，适合于携带某些有害基因和长时间慢性致死实验，也可以作为代乳动物以及卵、胚胎和卵巢移植的受体。

3、同基因性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，可接受不同个体乃至接受两个亲本品系的细胞、组织、器官和肿瘤的移植。

4、具有亲代双亲的特点。

5、国际上分布广泛。

6、作为某些疾病研究的模型。

三F1动物在生物医学研究中的应用