实验动物遗传学质量标准化.ppt

第二章 实验动物遗传学质量标准化,第一节 概述第二节 近交系动物第三节 封闭群动物第四节 杂交群动物第五节 突变系动物第六节 遗传质量监测第七节 实验动物的命名,第一节 概述,一、实验动物遗传学质量标准化的意义,一、实验动物遗传学质量标准化的意义,动物实验结果的重复性取决于动物个体差异，而动物个体特征主要受遗传基因控制，故实验动物的遗传学质量对动物实验结果有重要影响。不同基因型动物，生物学特性有明显差异，对实验刺激有不同反应。,1907年，C.Little以毛色基因为标记，采用近亲繁殖而育成了DBA近交系小鼠，成为实验动物科学发展史上第一个近交系动物。至今已经80多年，仍在保持饲养，广泛应用。Bagg用相同的方法于1913培育成功BALB/c近交系小鼠.1966年，在无菌动物技术的基础上，又培育出了突变系小鼠裸鼠，为肿瘤、免疫、传染病学的研究开创了新的道路。,二、实验动物按遗传学控制分类,近交系动物（inbred strain animal)相同基因型 杂交F1代动物(F1-Hybrid animal)相同基因型 封闭群动物(closed colony animal)不同基因型突变系动物（mutant strain animal）,实验动物按遗传学控制分类,第二节 近交系动物,一、基本概念1.近交（inbreeding)遗传上血缘关系较近的雌雄个体之间的近亲交配。实验动物育种多采用兄妹交配(sisterbrother mating)的方法近交。,近交类型,（1）纯交（Incross）即相同基因型个体之间的交配，如AAAA其仔一代全为AA。（2）回交（Backcross）：纯合子与杂合子之间的交配，如AAAa仔一代各一半。（3）互交（Intercross）：杂合子与杂合子之间的交配，如AaAa，仔一代AA1/4、Aa 1/2、aa 1/4。,近交方式 全同胞交配、亲子交配、半同胞、叔侄、祖孙等交配类型。,近交类型纯交（incross）相同纯合子(基因型个体)之间的交配回交（backcross）纯合子和杂合子之间的交配互交（intercross）相同杂合子之间的交配,二、近交系动物,经连续20代或20代以上的全同胞兄妹或亲子交配培育而成，品系内所有个体都能追溯到起源于第20代或以后代数的一对共同祖先的动物群体。,近交系动物一般称为之纯系动物 是采用兄妹交配（BXSbrother sister）或亲子交配（PXOparent xoffspring，父母与子女交配），连续繁殖20代以上而培育出来的纯品系动物。一般以小鼠为典型代表。所以把啮齿类动物同胞兄妹连续交配达20代以上的品系称为近交系，其近交系数可达99.8%，,1、近交系：用大写的英文字母表示，如A系,TA1系。2、近交代数：用大写的英文字母F表示,如近交78代，表示为F78。,命名,王英培育C57 BL/6N近交系小鼠，繁殖超过100代，使它与另一个分支分开，并发现它与其它分支之间存在遗传差异，这个分支称之为。A 品系 B 亚系 C 支系 D 重组近交系,3.亚系 是指育成的近交系在培育过程中，由于杂合子基因的分离，基因突变的产生以及抽样误差导致部分遗传组成改变而形成遗传差异的近交系动物群。,1、亚系：在原来的品系后面加/,再加数字、培育人名、小写英文字母表示。如DBA/1,DBA/2；CBA/J BALB/c,命名,李莉培育BALBc近交系小鼠，小鼠胚胎经冷冻并在液氮中保存10年，复苏后移植到ICR小鼠的体内，生出的小鼠属于BALBc小鼠的。A 品系 B亚系 C支系 D 重组近交系,4.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。,1、支系：在原来的品系后面加小写英文字母表示。如C3Hf CBAh,命名,小写英文字母的意义：卵子移植e 奶母代乳f 人工喂养h 冷冻胚胎o,1.遗传基因位点的纯合性 2.遗传组成的同源性 3.表型一致性 4.遗传组成独特性 5.长期遗传稳定性 6.遗传特征的可辨性,二、近交系动物的特征,7.对外界因素的敏感性8.生活力(vigour)下降9.国际分布广泛,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。,三、近交系动物的应用,三、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 同源导入近交系 同源突变近交系 分离近交系,1.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。,由两个近交系杂交后，从杂交(F1)一代中随机配对，经20代以上的兄妹交配而成的近交系。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,2.重组近交系,命名,两个近交系的缩写中间加X表示：如CBLB/c C C57Bl/6 B6 CXB6常用缩写 C57Bl/6 B6 CBLB/c C CBA CB C3H C3,应用：重组近交系对祖系间有差异的性状和基因进行遗传分析是非常有用的实验材料。,分离分析连锁分析功能分析,肌萎缩硬化症是一种由隐性遗传基因突变导致的遗传性疾病，由dy基因控制这个性状。李宁想研究肌萎缩硬化症的发病机制，他应该采用什么动物？A 封闭群 B 杂交一代 C 同源导入近交系 D 重组近交系,同源突变近交系是在一个近交品系内发生了一个重要的单个基因突变，或者通过一系列的多次杂交和回交把一个基因导入一个近交背景品系内部形成与原株相对应的同源株。譬如，近交系小鼠129的种群中，某些个体发生了“肌萎缩症”的隐性遗传突变，由dy基因控制这个性状。这个突变育成了dy的突变品系，称为129-dy。这样129与129-dy便互交成为了同类系，因为它们两系除dy一对等位基因之外，其他基因都基本是一致的。,命名：是在原来品系或亚系名称符号之后加一连接号“-”，再写一斜体字的基因符号。如果这个基因是隐性的则字母全用小写，如果是显性的则第一个字母用大写，如DBA/Ha-D,129-dy等。如果突变基因或导入基因仍处于杂合状态，则在“-”后添一加号“+”，再加基因符号，如A/Fa+C，C3H/N-+Wj。当同类系是采取中制杂合近亲繁殖的，则其分离位点是否写出随意，例如129或129-CcbC；SEAC-a+/+se或SEAC/Gn。同源株如在两个品系杂交中形成，其命名符号，一般是由最初杂交的两个品系的命名符号所形成，例如，B1O，D2/OSnN（特征是缺少补体5），O代表Old（老），BIOD2/OsnN（特征是有补体5和脑积水者较常见），n代表new(新)。,品系：我国现已引进的同类突变系（异单基因近交系）有：C57BL/6J-Ob/Ob，为先天性肥胖型动物模型，血糖偏高。C57BL/KS-db/db，为型糖尿病模型。C57BL/6J-bg/bg，为NK细胞缺陷的模型。,在一个普通的近交系中，几乎所有基因位点上都带有相同的基因。如果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的，即遗传上相同，而称个别不同的基因为差异基因。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。,3、同源近交系,(1)同源突变近交系 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。是某个近交系在某基因位点上发生突变而分离出的近交系亚系，与原近交系的差异只是发生突变的基因位点上带有不同的基因，而其它位点上的基因完全相同。,命名,在发生突变的近交系的后面加上用斜体英文字母表示的突变基因，中间加-分开表示：如DAB/Ha-D,（2）同源导入近交系 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(crossintercross)回交(backcross),(3)分离近交系 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，则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。,四、常用近交系的介绍,（一）国内育成品系,1中国1号 C-1,起源：1955年中国医学科学院实验医学研究所，将昆明种小鼠经近亲交配20代以上而育成。毛色及（基因）白色（aabbcc）主要特征：繁殖力中等，2月龄体重17g，肿瘤自发率低。,2津白1号（TA1）,起源：1955年天津医学院将昆明鼠经近亲交配20代以上而育成。毛色 白化（aabbcc）主要特征：繁殖力中等，2月龄体重2025g，肿瘤自发率低。,3津白2号（TA2）,起源：1963年天津医学院将昆明种小鼠经近亲交配20代以上而育成。毛色：白化（aaBBcc）主要特征：高乳腺癌，繁殖力中等。,4615,起源：1961年中国医学科学院输血和血液研究所将普通小白鼠与C57BL/6杂交所生仔代，经近亲交配20代以上而育成。毛色：深褐色（aabbCC）主要特征：肿瘤发生率为1020%（乳腺癌，肺癌），对津638白血病病毒敏感。,5AMMS号,起源：1974年军事医学科学院将昆明种小鼠近亲交配20代以上而育成。毛色：白化（aabbcc）主要特征：对炭疽弱毒株比较敏感，对骨髓多向性造血干细胞测定比较规律。,6LIBP/1号,起源：兰州生物制品研究所1979毛色：白化（aaBBccDD）主要特征：对流行性出血热和炭疽杆菌敏感。,（二）国外培育的近交系,1BALB/c,BALB/c,1、起源：Bagg 1913年开始维持白化小鼠，1923年Dowell开始采用近亲繁殖，1932年Snell得到第26代传播世界各地，我国1979年从美国引进。2、近交代数：157代（美国NIH，1973）3、毛色：白色（AAbbcc）4、主要特性：a:免疫学特性：易患慢性肺炎，不易诱发免疫耐受性。b.生理学特性：血压较高，对X射线极敏感。c.癌发生率：乳腺癌发生率低，常发肾上腺及肺癌。d.老化及寿命：老龄鼠易出现心脏病，多发动脉硬化症，寿命分别为561和509天（SPF）。5、饲养注意点：由于易患慢性肺炎，最好不要和其他近交系小鼠同室饲养。,2C3H,起源：1920年Strong用BaggDBA杂交后代中，经20代以上近交育成，1975年从美国引入我国。近交代数：138代（Jacson,1973）毛色：野生色（AABBCC）主要特性：a.免疫学特性：IgM随年龄增长而有所升高，无菌饲养动物的IgM 量为普通饲养的2倍以上，较易诱发免疫耐受性。皮注5%酪蛋白0.5ml，每周5次，3周后患淀粉样变症。b.生理学特性：红细胞及白细胞数较少。c.癌发生率：乳腺癌发生率85100%，肝癌发生率较低。饲养注意点：较易饲养，繁殖用母鼠从较早期便有乳腺癌发生，患病后，幼仔哺育不良，应注意种鼠的选择。,3DBA/1,起源：19071909年little从带色的小鼠群中分离后，经近亲交配繁殖而成。1977年从英国实验动物中心引进。毛色：浅灰色（aabbCCcdd）主要特性：a:免疫学特性：对实验性结核菌敏感，对小鼠伤寒C5敏感。对疟原虫感染有抵抗力。b:生理学特性：红细胞数多，全部老龄雄鼠出现心脏钙质沉着。c.癌发生率：一年以上繁殖用母鼠乳腺癌发生率为75%，白血病8.4%。,4DBA/2,起源：同DBA/1近交代数：116代（NIH 1973）毛色：浅灰色（aabbCCdd）主要特征a:免疫学特性：IgM 值较高，IgG较低，缺乏补体C5，对鼠伤寒C5有抵抗力，对疟原虫感染有抵抗力。b:生理学特性：红细胞数多，血压较低，35日龄听源性癫痫发作率100%，55日龄5%。c:癌发生率：乳腺癌发生率5060%。饲养注意点：产仔数少，哺乳能力差，较难繁殖，且繁殖期较长。,5C57BL/6,起源：1921年little Abby lathrop得到动物后开始近亲交配，育成数个近交系，以57号和52号为起源命名为C57，毛色为巧克力者为C57BR，为黑色者为C57BL。近交代数：114代（Jacson,1973）。毛色：黑色（aaBBCC）主要特征：a:免疫学特性：细胞免疫力随年龄增长降低较少，可能与自发肿瘤较少有关，用药物难以诱发肿瘤，较易诱发免疫耐受性。b:生理学特性：嗜酒精性高，对结核杆菌敏感，对百日咳组织胺易感因子敏感。c:癌发生率：乳腺癌少发，用致癌剂难以诱发。,第三节 封闭群动物,一、基本概念 二、封闭群动物的维持三、封闭群动物的特点及应用,1.群体 群体是群体遗传学中的一个概念，它是指在一个特定的区域内，一群能够相互交配并繁殖后代的个体的总和。,一、基本概念,ICR封闭群小鼠,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。,一个群体既不以近交形式进行交配，保持了群体的一般遗传特征，又具有杂合性。封闭群可分为远交种（outbred）和突变种。,常用的封闭群动物,SD大鼠,毕格犬,ICR小鼠,二、封闭群动物的特点及应用,猕猴,毕格犬,豚鼠,沙鼠,近交系 A系、TA1系 亚系 DBA/1 支系 C3Hf 同源突变近交系 DBA/Ha-D 同源导入近交系 B6.AKB（受体品系+供体品系+导入基因）重组近交系 BALB/c与C57BL CXB1 封闭群：N：NIH 杂交群 C57BL/6X DBA/2,第四节 杂交群动物,一、基本概念二、杂交F1代动物的特点及其应用,一、基本概念1、杂交群 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。,2、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：AKRDBA/2：AKD2F1,亲本品系（parental strain)两个用于生产杂交F1代的近交系母系(maternal strain)提供雌性亲本的品系父系(paternal strain)提供雄性亲本的品系,二、杂交F1代动物的特点及其应用1、表型的一致性：2、基因型一致：3、与近交系相比具有杂交优势4、国际分布广泛,杂交群动物在医学生物学中的应用：移植免疫的研究 单克隆抗体研究：,第五节 突变系动物,一、基本概念 1.遗传和变异 遗传子代继承亲代的表型的现象 变异子代具有与亲代不同的特点的现象,1.常见小鼠突变基因,（1）db 位于4号染色体上的隐性突变基因 纯合子有高血糖症 可作为糖尿病的模型动物（2）bg 位于13号染色体上的隐性基因 自然杀伤细胞的发育和功能有缺陷，血液凝固和巨噬细胞活性有缺陷 可作为chediak-higashi综合征以及恶性淋巴瘤的模型动物,（3）nu 位于8号染色体上的隐性突变基因 纯合子全身无毛缺胸腺，所以细胞免疫受抑制或缺乏 可用于免疫学研究,肿瘤移植,1.常见小鼠突变基因,（4）scid 位于16号染色体上的隐性突变基因 T细胞和B细胞数目大大减少，缺乏体液免疫和细胞免疫功能,2.常见大鼠突变基因（1）fa 位于5号染色体上的隐性突变基因 纯合子个体肥胖、饮食亢进和血内胰岛素过多（2）rnu 位于10号染色体上的隐性突变基因 纯合体为裸鼠 细胞免疫缺陷,第六节 遗传质量监测,遗传质量控制（genetic quality control)遗传学管理(genetic managing)遗传监测（genetic monitoring),遗传学监测方法 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酶和蛋白质：生化标记法DNA分子多态性标记法,1.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。,形态学方法,2.下颌骨形态分析法 动物的骨骼形态具有高度的遗传性，而各种骨骼的形态、大小及其出现的差异均可作为鉴定品系的方法。,免疫学方法,1.皮肤移植 Billing 1959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。,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。,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。,RFLP标记 RFLP是限制性片断长度多态性（Reflection fragment length polymorphism）的简称。,微卫星DNA标记法 微卫星(microsatellite MS)是指重复单位为15bp重复十数次至数十次的一类DNA序列，又称为短串联重复（short tandem repeat,STR）。微卫星在真核细胞中广泛存在，分布均匀，平均660kb就有1个重复序列。它的多态性称为简单序列长度多态性（simple sequence length polymorphism,SSLP）。,RAPD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。,第七节 实验动物的命名,一个标准的命名规则对实验动物的研究价值和使用价值有重要意义。一个品系只有一个名字，不同的人在不同的时间不同的地点才可能用同一的动物作实验，而他们的结果才能在不同的时间、空间和研究者之间进行比较，这样才能使动物实验有它真正的价值。,近交系 A系、TA1系 亚系 DBA/1 支系 C3Hf 同源突变近交系 DBA/Ha-D 同源导入近交系 B6.AKB-K（品系+供体品系+导入基因）重组近交系 BALB/c与C57BL CXB1 封闭群：N：NIH 杂交群（C57BL/6X DBA/2）,