实验动物遗传质量控制

1. 实验动物遗传质量控制

2. 实验动物遗传控制基本概念 1、实验动物的遗传背景是影响实验动物实验结果发生变异的主要因素 2、同基因型动物：品系内所有个体的遗传背景相同或相近。 不同基因型动物：品系内所有个体的遗传背景具有较大的差异。 3、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（远交群）和杂交一代动物。

3. 4、在动物分类学中，“种“（spcies)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。

4. 品系 遗传限定的动物 相同基因类型 不同基因类型 近交系 封闭群 同 源 突 变 近 交 系 同 源 导 入 近 交 系 分 离 近 交 系 重 组 近 交 系 杂 交 F1 代 远 交 种 突 变 种 品种

6. 5、实验动物品种品系应具备的四个基本条件：5、实验动物品种品系应具备的四个基本条件： A: 相似的外貌特征； B：独特的生物学特性； C：稳定的遗传性能； D：具有共同的遗传来源和一定的遗传结构。

7. 交配制度和交配型 • 交配制度是动物不同代之间以某种特定的交配方式相互发生联系，其预期的基因传递结果是通过遗传学和概率的知识来分析表达。 • 交配型是不同基因型之间通过动物交配实现交流的方式。分为：近交（Incross）、杂交（Cross）、间（Intercross）和回交（Backcross）

8. 纯合子交配（Incrosses）：为亲代相同的显性纯合子交配，如A/A×A/A和a/a×a/a。纯合子交配（Incrosses）：为亲代相同的显性纯合子交配，如A/A×A/A和a/a×a/a。 • 杂交（Crosses）:为亲代不相同的纯合子交配，如A/A×a/a和a/a×A/A • 回交（back cross ）：为亲代显性纯合子与杂合子交配。如A/A×a/A；a/A×A/A；a/A×a/a和a/a×a/A • 自交或称互交（Intercrosses）：亲代为两个杂合子交配：如a/A×a/A

9. 1．纯合子：同源染色体的相对位点上具有两个相同的基因称为纯合子（Homozygote），如AA（显性纯合子），aa（隐性纯合子）。1．纯合子：同源染色体的相对位点上具有两个相同的基因称为纯合子（Homozygote），如AA（显性纯合子），aa（隐性纯合子）。 • 2．杂合子：两个基因不相同时，即由一个显性基因和一隐性基因结合而成的杂合子交（Heterozygote），如Aa。

10. （1）纯合子交配（Incrosses）：为亲代相同的显性纯合子交配，如A/A×A/A和a/a×a/a。（1）纯合子交配（Incrosses）：为亲代相同的显性纯合子交配，如A/A×A/A和a/a×a/a。 亲代：♂ＡＡ×♀ＡＡ　　　 子代：基因型AA，表现型A。

11. （2）杂交（Crosses）:为亲代不相同的纯合子交配，如A/A×a/a和a/a×A/A。（2）杂交（Crosses）:为亲代不相同的纯合子交配，如A/A×a/a和a/a×A/A。 • 亲代：♂ＡＡ×♀aa 子代： • 基因型Ａa ，表现型A。

12. 回交（Backcrosses）：为亲代显性纯合子与杂合子交配。如A/A×a/A；a/A×A/A；a/A×a/a和a/a×a/A回交（Backcrosses）：为亲代显性纯合子与杂合子交配。如A/A×a/A；a/A×A/A；a/A×a/a和a/a×a/A • 亲代：♂Ａa×♀AA 子代： • 基因型：1AA，1Aa　　表现型：A

13. （4）自交或称互交（Intercrosses）：亲代为两个杂合子交配：如a/A×a/A。（4）自交或称互交（Intercrosses）：亲代为两个杂合子交配：如a/A×a/A。 • 亲代：♂Ａa×♀Aa 子代：基因型：1/4AA，2/4Aa,1/4aa。表现型：3/4A，1/4a。

15. 近交系 Inbred strain • 概念：近交系动物也叫纯系动物，是相同基因类型动物中最主要的一种。它是经连续20代以上的全同胞兄妹或亲子交配培育而成，且品系内所有个体都可追溯到起源于20代或以后的一对共同祖先的遗传群体。 • 从遗传上来说，近交系的培育是从群体多态杂合的遗传组成中，选择保留一小部分，淘汰其它大部分的一个过程。经过20代近交后，近交系的个体有98.6%的遗传位点是纯合的，因此个体间的遗传差异很小。然而，不同近交系之间由于近交而固定的基因不同，遗传差异很大。

16. 通常禽类和兔类等 实验动物的血缘系数达到 80％以上时 (相当于亲兄妹交配4代)， 即可称为近交系

18. 近交系数（Coefficient of Inbreeding, F):即动物个体的基因组成中，纯合子基因的出现率。又可称为后代个体基因位点固定同一祖先基因的比率。 • 血缘系数（ Coefficient of Relationship，R）：是两个个体间的遗传学相似性。

19. 优点： 纯合性；同源性；均一性；长期的遗传稳定性；可分辩性；个体性；分布的广泛性；背景资料和数据较为完整 • 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。

20. 近交系动物的命名 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，TA1系等。 • 例如： C3h C3H C3H Balb/c, 129, A, C57BL/6

21. C3hC3H(√) C3H Balb/c, 129 (√),A (√), C57BL/6 Begg albino

22. 近交系动物的特性 1、基因纯合性 在一个近交系内所有动物的所有基因位点都是纯合子、个体之间、祖代个体与后代个体之间都是纯合子。这样的个体与品系内任何一个动物交配所产生的后代，也应是纯合子。因此，同一近交系动物的基因是一致的，没有暗藏的隐性基因。 2、同基因性 同一个近交品系中所有个体在遗传上是同源的，个体间极为相似，具有基本相同的遗传组成和遗传特点，也就是基因型相同。因此，同品系个体间可进行组织或肿瘤移植，也可用一只动物检测该品系的基因型。

23. 近交系动物的特性 3、表现型的均一性 同一近交系动物，在相同环境因素的作用下，由于同基因性，其表现型是均一的，如血型、组织型、体重、毛色、可遗传疾病的发病率、对药物的反应、甚至行为的类型等。因此, 使用较少量的近交系动物可达到生物统计需要的精密度。 4、长期的遗传稳定性 近交系动物的基因高度纯合，坚持近亲交配则增加其在特定部位纯合子，减少了遗传变异，使动物的基因型可长期处于稳定状态，导致近交系动物长期遗传稳定性。近交系动物的遗传变异仅发生在少量残留杂合基因，或基因的突变，而这种机率非常低。

24. 近交系动物的特性 5、个体性 每个品系在遗传上都是独特的，有些品系可能发生一些疾病，成为研究人类疾病理想的模型。品系间的差别显示在量上，而不是在质上，在研究上非常有用：可在众多的近交系中，筛选出对某些因子敏感，和不敏感的品系，以达到不同的研究目的。

25. 近交系动物的特性 6、分布广泛性 近交系动物个体具备品系的全能性，任何个体均可携带该品系全部基因库，引种仅需1-2对动物。不少近交系动物已分布在世界各地，意味着：不同地区，不同国家的科学家有可能重复或验证已取得的理论和数据。

26. 近交系动物的特性 7、 背景资料和数据完整性 近交系动物在培育和保种过程中都有详细记录，一些常用品系具有相当数量的背景资料；有大量文献记载了各种品系的生物学特性。这些有关品系的特征、寿命和自发性疾病等资料，对今后的研究工作的设计和动物实验结果的解释提供便利条件。 8、可分辨性 每个近交系都有自己独特的生化标志基因。研究者在掌握了遗传质量监测方法后，通过建立品系的遗传概貌，和定期的遗传检测，可以分辨混杂在一起的两个，或两以上外貌近似的品系动物。

27. 近亲交配的意义 • 近亲交配是实验动物获得遗传均一性的典型方法。 • 使用较少的近交系动物，即可达到统计学要求的精密度。 • 同一近交系的全部动物，在遗传上相同，减少了表现型的变异。 • 在个体之间能互相接受皮肤和肿瘤移植。

28. 近亲交配的意义 • 近亲交配20代后，同品系的全部个体基因位点纯合性可达到98.6%，在这种纯合性的种群内，不携带不表现的隐性基因。 • 近交系的变化只能是发生突变的结果，而基因突变发生率是很低的。因此，近交系的遗传质量可看作是长期稳定的 。

29. 近亲交配的弊端 • 固定基因时，有害的隐性基因也会纯合，出现不利的性状而造成育种失败； • 近交还可能导致多基因之间丧失平衡，从而使高度纯化的动物对不良环境的调节适应能力降低； • 近交使动物失去为保持足够生物适合度所必需的最低水平的基因杂合性，从而影响动物生长率，寿命，对疾病的感受性，生活力，体力及繁殖能力。

30. 近交系的应用 • 鉴于近交系动物具备上述特性，其应用首推遗传学研究，可消除杂合遗传背景的影响，以较少的动物取得较一致的动物实验结果。 • 其次，近交系动物在肿瘤研究工作中应用最广泛，被培养的品系也最多；对肿瘤的病因学、发病学、实验治疗和新抗癌药物的研究等都作出重大贡献。

31. 近交系的应用 • 在某些涉及组织细胞或肿瘤移植的实验中，个体间组织相容性一致与否，是实验成败的关键。因此，近交系动物成为不可缺少的实验动物。 • 随着生物医学科学研究的发展，已培育成功各种人类疾病的动物模型，如：高血压大鼠、癫痫大鼠糖尿病小鼠、白血病小鼠，白内障小鼠、先天性肌萎缩小鼠、免疫缺陷型小鼠等等。这些近交系动物家系清楚，取材方便，是进行基因连锁分析，比较理想的实验材料。

32. 封闭群（远交群） • 概念：Closed colony or outbred stock 以非近交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，称为一个封闭群，或叫远交群。

33. 封闭群可分为起源于近交系,但并不进行全同胞交配的维持群;封闭群可分为起源于近交系,但并不进行全同胞交配的维持群; • 起源于非近交系,亦不进行全同胞交配的维持群两类。 • 群体世代间近交系数上升率必须低于1%。这类动物和近交系不同，在动物群体内的个体之间，具有某种程度的遗传学差异。例如ddN小鼠，Wistar大鼠、我国各研究单位长期自行繁殖的KM小鼠、青紫兰兔、新西兰白兔、大耳白兔等均属此类。

34. 封闭群动物的命名 • 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，第一个字母须大写，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。

35. 封闭群动物的命名 如：N：NIH表示美国国立卫生研究院（N）保持的NIH封闭群小鼠。 Ssmu:KM表示上海第二医科大学保持的KM封闭群小鼠 。

36. 封闭群动物的遗传学特性 • 1、基因库大，杂合率高 封闭群是一种长期与外界隔离，雌雄个体间能够随即交配的动物群，其遗传组成比较接近自然状态下的动物群体结构，具有类似于人类群体遗传异质性的遗传组成。其基因的杂合率较高，个体间的基因型不一致，因此，群体基因库较近交系大。

37. 封闭群动物的遗传学特性 • 2、群体基因频率基本保持稳定 封闭群动物不从其外部引入新基因，又坚持随机交配从而使群体在一定范围内保持相对稳定的遗传特征。群体基因频率可达到哈迪—温伯格平衡，

38. 哈迪—温伯格平衡 • 1908年提出，数学家哈迪（G.H. Hardy）和医生温伯格(W. Weinberg)分别提出关于基因频率稳定性的见解。在一个有性生殖的自然种群中，在符合以下5个条件的情况下，各等位基因的频率和等位基因的基因型频率在一代一代的遗传中是稳定不变的：种群大；种群中个体间的交配是随机的；没有突变发生；没有新基因加入；没有自然选择。

39. 封闭群动物的遗传学特性 • 3、封闭群内的个体差异主要取决于其祖代起源 若封闭群祖代起源于同一个近交系动物，其遗传差异较小。而起源于非近交系的一般封闭群动物，其个体差异较大，且可携带隐性的有害基因，或致死基因，易于诱发突变。

40. 封闭群动物的应用 • 鉴于封闭群动物具备上述特性，在遗传学研究中，常作为选择实验的基础群体，供作某性状遗传力的研究。

41. 封闭群动物的遗传组成具有很高的杂合性 其繁殖力和生活力较强 表现为平均胎产仔数多，胎间隔短，仔鼠离乳率高，生长快，成熟早，抗病力强，寿命长； 生产成本低，可大量供应 广泛用于各种预试验、学生教学和常规的药物筛选和毒性试验中。

42. 重组近交系和重组同类系 重组近交系和重组同类系 Recombinant inbred strain Recombinant congenic strain Recombinant inbred strain Recombinant congenic strain • 回交： 一种实验动物与另一种不同遗传特性的近交系交配获得N1，N1带有1/2近交系的基因组成；N1再与该近交系交配得到N2，N2带有3/4近交系的基因组成。

43. 重组近交系和重组同类系 Recombinant inbred strain Recombinant congenic strain • 如果就这样与近交系进行n次回交，按1-（1/2）n 的概率替换近交系的基因；经7-8次回交，将能得到大体上同近交系具有相同基因组成的新品系。

44. 重组近交系和重组同类系 Recombinant inbred strain Recombinant congenic strain • 杂交 • 就是将不同的群体或品系动物进行交配。 假设近交系A的基因型为A1/A1，B1/B1，C1/C1……；近交系B的基因型为A2/A2，B2/B2，C2/C2 ……。两种品系内的血缘系数R=1；而两种品系无共同的祖先R=0。

45. 重组近交系和重组同类系 重组近交系和重组同类系 Recombinant inbred strain Recombinant congenic strain Recombinant inbred strain Recombinant congenic strain • 把这两种品系进行杂交，产生F1的基因型是均一的A1/A2，B1/B2，C1/C2……；个体各基因位点均是杂合型，又保持了个体遗传均一性，即F1的各个体间血缘系数R=1；还可能出现新的遗传特性。 • 如近交系NZB和NZW的F1中发现了自身免疫性疾病鼠。

46. 重组近交系和重组同类系 Recombinant inbred strain Recombinant congenic strain • 重组近交系：重组近交系 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。 • 重组同类系：由两个近交系杂交后，子代与两个亲代中的一个近交系进行数次回交（通常回交2次），再经无特殊基因选择的近亲交配而育成的近交系。

47. 重组近交系和重组同类系 Recombinant inbred strain Recombinant congenic strain • 重组近交系命名: 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予以区分。 如：由BALB/c与C57BL/6杂交育成的一组近交系分别命名为CXB1、CXB2……。

48. 重组近交系和重组同类系 Recombinant inbred strain Recombinant congenic strain • 重组同类系命名： 由两个亲代近交系的缩写名称中间加小写英文字母c命名，其中用作回交的亲代近交系（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同类系用阿拉伯数字予以区分。 如：由BALB/c为受体近交系，以STS为供体近交系（S），经2代回交育成的一组重组同类系分别命名为CcS1、CcS2……。

49. 重组近交系和重组同类系 Recombinant inbred strain Recombinant congenic strain • 应用： • 重组近交系是实验动物近十年来遗传学的最重要发展成果之一。 • 以两个无关的近交系进行杂交，产生F1后，再兄妹交配连续20代以上育成一组近交系。该组近交系既有其双亲品系的特性，又有重组后每个重组近交系的特性。 • 重组近交系已广泛应用于新的多态性基因位点和新的组织相容性位点的鉴定、多态性位点的多效性及其连锁性的研究； • 还用于动物寿命、自发性和诱发性疾病的研究； • 以及生理学、药理学、形态学和行为学等方面的研究

50. 实验动物遗传学质量控制 • 随着生物医学科研的发展及其需要，目前世界上已培育成功数百种近交品系和封闭群动物，加上不同的亚系和新建的突变群，其种（品系）数量愈千。 • 在各科研或教学单位的实验动物饲育繁殖部门，一般都保持几个或几十近交系。而在多个品系动物生产繁殖过程中，无法确保绝对不发生计划外杂交。