《遗传学分类》PPT课件.ppt

1,实验动物遗传学,2,20世纪50年代,罗歇尔(Russel)和布鲁克(Bruch)：发育环境 周围环境 基因型 表现型 演出型 动物的基因型、表现型、演出型与环境之间的关系模式 实现实验动物标准化应从控制实验动物的遗传、微生物和寄生虫、营养、环境等四方面着手。,3,实验动物分类,（一）传统的动物学分类方法（二）按遗传学控制程度分类的实验动物（三）按微生物寄生虫学控制程度分类的实验动物,4,（一）传统的动物学分类方法 依据自然分类法，把整个生物，通常是用界(kingdom)、门(phylum)、纲(class)、目(order)、科(family)、属(genus)、种(species)等划分分类等级。以大家鼠为例，它属于：脊椎动物亚门(phylum vertebrata)哺乳动物纲(class mammalia)啮齿目(order rodentea)鼠科(family murinae)大家鼠属(genus rattus)大家鼠种(species rattus norvegicus)学名：褐家鼠(Rattus norvegicus)多数情况下，根据不同目的进行种下分类，把实验动物划分为不同品系。,5,常用哺乳类实验用动物分类学地位,6,为什么实验动物要进行遗传学分类？实验动物具有明确遗传背景并严格遗传控制的动物，遗传因素会对实验结果干扰。很多生命科学的研究，要求实验动物的遗传结构有较高的同一性、稳定性和纯合度。这就提出了实验动物的遗传质量和监测的问题。,（二）遗传学分类,C3H,7,一、实验动物按遗传学控制分类(基因的组成特点)近交系动物（Inbred strains)相同基因型 封闭群动物(Closed-colony)不同基因型 杂交F1代动物(F1-Hybrid)相同基因型 突变系动物（Mutant strains),遗传学分类,8,种(species)：是动物学分类系统上的基本单位。在实验动物学中，种是指一群形态相似、能相互交配且后代有繁殖能力的同一种类的动物。异种动物之间存在生殖隔离。马和驴,种、品种和品系的概念,9,品种(stock)是种以下的分类单位，是人们根据不同需要而对动物进行改良，选择，即定向培育，并具有某种特定外形和生物学特性的动物群体，其特性能较稳定遗传。,日本大耳白兔,新西兰白兔,青紫蓝兔,10,品系(strain)来源明确，采用某种交配方式，具有相似的外貌，独特的生物学特征和稳定的遗传性状。特征：基因高度纯合习惯上把封闭群动物称为品种，近交系动物称为品系。,C3H,DBA/2,615,11,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，它们才是实验动物分类的基本单位。,12,作为品种、品系的条件,1.相似的外貌特征 同一品系或品种具有相同的外貌特征,如毛色。例如：C57BL/6小鼠的毛色是黑色的，DBA/2小鼠的毛色是灰色，昆明（KM）小鼠的毛色是白色的。,DBA/2小鼠,昆明（KM）小鼠,13,不同品系、品种的动物也有外貌相似的。例如：SD大鼠、Wistar大鼠毛色为白色,Wistar大鼠,14,2.独特的生物学特性 独特的生物学特性是一个品系、品种存在的基础在长期的研究过程中,在一些动物身上发现了所需要的不同于其他动物的生物学特性,进行定向选择,将这些特性保留下来,成为今天为数众多的品系、品种。例如A小鼠,在经产鼠中高发乳腺癌（30-80%），对致癌物质敏感易产生肺癌；AKR小鼠品系自发淋巴细胞白血病（68%-99%）;,15,3.稳定的遗传性能 作为一个品系，不仅要有相似的外貌特征，独特的生物学特性，更重要的是要有稳定的遗传性能，即在品系、品种自群繁殖时，能将其特性稳定地传给后代。,16,一、基本概念 1.近交（inbreeding)：有意识地从一个动物群体中选用血缘关系比较接近的雌雄个体，既有共同祖先的兄妹，母子，父女进行交配。2.近交方式：全同胞交配:双亲相同的后代个体亲子交配半同胞：单亲相同的后代个体叔侄祖孙等交配类型,近交系动物（p19）,17,3.近交程度：近交系数 coefficient of inbreeding（p24）也指个体由于近交而造成异质基因减少时，同质基因或纯合子所占的百分比 注：Fn：n代近交系数；F：近交系数的代数增率，在同胞兄妹交配或回交情况下，F为0.191；n：近交代数。,18,19,随着同胞交配或亲子交配世代数的增加，近交系数上升，到20代时，近交系数可达98.6，杂合基因仅剩1.4。（1）生殖周期短的小型近交系动物，近交系数大于98.6%（20代以上）（2）生殖周期长的大型动物，近亲交配若干代，近交系数达80%以上可称为近交系。（8代以上）,20,近交系动物（Inbred strain animals）（p20）定义：任何个体基因组中99%以上的等位点为纯合时，即经过至少连续20代的全同胞兄妹交配或亲子交配培育而成，品系内所有个体都可追溯到起源于20代或以后代数的一对共同祖先的品系。,21,4.近交系动物的命名用14个大写罗马字母或英文字母、或用字母与数字结合表示，其后再用有关符号（用括号括起）表示近交代数 例：A系、TA1系、129，615，C3H（F130），C3H（F？+25）,22,5、近交系动物亚系分化,亚系(substrain)支系(subline),23,亚系(substrain)（p20）1个近交系内各个分支的动物之间，因遗传分化而产生差异，称为近交系的亚系。亚系分化存在以下几种情况：同一近交系在兄妹交配40代以前分离，很可能由于残余杂合性而导致形成亚系。同一近交系长年处于分离状态(100代以上),可能由于突变形成亚系。遗传污染（genetic contamination）(即一个近交系与非本品系动物之间杂交引起遗传改变)。,24,亚系的命名,在原品系的名称后斜线，斜线后标明亚系符号。亚系符号：1）加培育者名称缩写（A/He）（P21表2-2）2）加数字与培育者名称缩写（C57BL/6J,C57BL/10J）最后用括号表示亚系获得时原品系近交代数 原品系/培育者名称（F*）例：A/He（F87）是指近交到第87代由Heston培育的A品系的亚系。,25,支系(subline)（p20）经过技术处理的品系称为支系。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。如：种群移植到新的保持者，经过某种技术处理：代乳、受精卵或胚胎移植、人工喂养、卵巢移植等。,26,经人为技术处置形成的支系，应在原品系名称后附加一个小写英文字母标明处理方式，并在后面加上相应的品系。具体符号：受精卵（egg）移植 e;例：AeB6卵巢（ovary）移植 o;奶母代乳（foster nursing）f;例：C3HfC57BL/6人工喂养（hand-rearing）h;人工喂养+奶母代乳 fh移植胚胎经冷冻保存的品系，在品系后面加p（freeze preservation），再加e,支系的命名,27,28,29,二、特殊近交系动物,根据科学研究需要在培育普通近交系动物的基础上，采用特定的方法所培育的一类与普通近交系动物有高度同源性的新型近交系动物。重组近交系重组同类系同源近交系：同源突变近交系、同源导入近交系遗传修饰动物 转基因动物、基因定位突变动物、诱变突变动物。,30,重组近交系(recombinant inbred strain,RI)由2个近交系杂交后，经连续20代以上兄妹交配育成的近交系。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。,31,命名：用大写英文“X”号将两个亲代近交系动物的缩写符号连在一起后，作母系的祖系名称放在前，作父系的祖系名称放在后，同一系列中不同近交系在其后加连接符与数字表示。母系X父系数字（母系X父系-数字）如：1、BALB/c与C57BL两个近交系杂交：CXB1、CXB2 2、雄性亲代缩写为数字，为区别不同的重组近交系，命名为CX8-1，CX8-2。,32,重组同类系,由两个近交系杂交后，子代与两个亲代近交系中的一个近交系进行数代回交（通常回交2代），再经过不对特殊基因选择的连续兄妹交配（通常大于14代）而育成的近交系。命名：在两个亲代近交系的缩写名称中间加小写英文字母c命名，用其中做回交的近交系（受体近交系）在前，供体近交系在后。相同双亲育成的一组重组同类系用阿拉伯数字区分。如：CcS1表示以BALB/c（C）为亲代受体近交系，以STS（S）品系为供体近交系，经2代回交育成的编号为1的重组同类系。,33,同源近交系：(1)同源突变近交系(coisogenic inbred strain)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。由近交系发生基因突变或人工诱变形成,34,同源突变近交系的命名在原品系（亚系）的名称之后加连字符和基因符号，如果基因是以杂合状态保持，用“+”代表野生型基因，突变时的近交代数和突变的代数之间加字母M。原品系-基因符号（F*+M+F*）例：C57BL/6J-bg(F58+M+F20)表示C57BL/6J第58代突变，然后又进行了20代近交。,35,(2)同源导入近交系(congenic inbred strain)：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。为目的基因提供背景的近交系为配系，配系必须是近交系。提供目的基因的品系称为供系，供系可以是携带目的基因的任何一种基因型的动物。试比较同源导入近交系和同源突变近交系的区别。,36,同源导入近交系的命名：由配系名称与供系名称及其目的基因符号共同组成，中间用圆点号分开，目的基因符号用连接符相接。配系名称供系名称-目的基因如：B10129-H-126，表示将129品系的H-126基因导入到C57BL/10为遗传背景的品系。AKRB10-bg？,遗传修饰动物,经人工诱发突变或特定类型基因组改造建立的动物，包括转基因动物，基因定位突变动物，诱变突变动物等。,37,38,三、近交系动物的特性,1、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，这样个体与该品系中的任何动物交配所产生的后代也是纯合子。2、同基因性 一个近交系中所有个体在遗传上是同源的，所有个体都可追溯到一对共同祖先。个体之间可进行器官移植、皮肤移植、肿瘤移植。,39,3、均一性 由于近交系动物具有相同的基因型，任何可遗传的体征都是一致的，如血型、组织型、形态上的特征（体重，毛色等）、行为的类型。4、遗传稳定性 近交系动物在遗传上是稳定的。人为选择不会改变基因型。遗传变异或基因突变的机率极低。5、可分辨性 近交系动物在遗传上已有分型，可根据这些位点的分型很快地将两个外貌相似的近交系分辨出来。,40,6、对外界因素的敏感性 高度近交，生理功能稳定性降低，对外界因素的反应更加敏感，更易制备疾病模型动物。7、分布的广泛性 近交系动物个体具备全能性，任何个体均可携带该品系的全部遗传基因库，引种方便。大部分近交系动物分布在世界各地，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。8、背景资料和数据较为完善 近交系动物在培养和保存过程中都有详细的记录。对于设计新的实验和解释所得结果提供了便利条件。,41,四、近交系的应用 1、近交系动物个体之间极其一致，可消除杂合遗传背景对实验结果的影响，实验组和对照组都只需少量动物。2、个体间组织相容较强，是组织细胞移植，肿瘤移植必不可少的实验动物。3、近交系，隐性基因得到暴露，可获得大量先天性畸形或先天性疾病的动物模型，如糖尿病，高血压等，进行相关实验。4、多个近交系同时使用可分析不同遗传背景对某项实验的影响，观察实验结果的普遍意义。,42,封闭群动物,群体的概念所谓群体是指生物的一个种、一个亚种、一个品系、品种或其它类群的所有成员之和。在生物的进化历史中，单个生物个体的存在与否是无意义的，生物只有以群体的方式生存，这个物种才能存在与发展。,43,封闭群动物,基因频率和基因型频率 基因频率（gene frequency）就是在一个群体中某一种基因的数量与占据同一基因座的全部等位基因总数的比例，取值范围在0到1之间，通常写成小数的形式。基因型频率（genotype frequency）就是在二倍体的生物群体中，某一个基因座的特定基因型(如AA、Aa和aa）在其全部基因型中所占的比例，取值范围在0到1之间，通常也写成小数的形式。Hardy-Weinberg定律 在一个大的随机交配的群体内，如果没有突变，选择和迁移因素的干扰，则该群体每一世代基因频率和基因型频率保持不变。,44,又称远交群动物，引种于某亲本或同源亲本动物，使其不以近交形式进行交配，也不引入任何外来血缘，在封闭条件下至少连续繁殖4代以上。防止近亲交配和与群外动物杂交可保持群体基因频率稳定不变。,封闭群（closed colony),KM小鼠,Wistar大鼠,SD大鼠,45,封闭群培育,有效群体在一个自然繁殖群体中所具有生殖能力的雌雄个体，都可以自由参与繁殖。近交系数F1与有效群体数目Ne之间的关系：国际实验动物科学委员会规定F11%，故Ne至少要求达到25对（50只）,46,封闭群（closed colony),封闭群可分为远交种（outbred）和突变种。远交种：长时间与外界隔离、雌雄个体之间能随机交配的动物群突变种：携带个别突变基因的封闭群，这些突变可以是纯合的也可以是杂合的。,47,1.一般以2-4个大写英文字母命名，如NIH小鼠2.种群保持者名称：种群名称。种群保持者名称为14个英文字母的缩写，首字母大写，其余小写。如 N：NIH表示美国卫生研究院（N）保存的NIH小鼠。如Lac：LACA表示由英国实验动物中心（Lac）保持的LACA封闭群小鼠,封闭群动物的命名,48,封闭群动物的特点及应用,1、封闭群动物（远交种）的遗传组成具有很高的杂合性2、封闭群动物避免了近亲交配，具有较强的繁殖力和生活力 3、封闭群动物实验重复性差4、广泛应用于教学，预实验，药物筛选，毒理安全实验。,49,杂交F1代动物,由两个不同近交品系杂交而繁殖的第一代动物，其遗传组成均等地来自两个近交系，各个体具有相同的表现型和基因型，遗传均一。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代动物是纯合还是杂合？两个用于生产杂交F1代的近交系称为亲本品系（parental strain)，提供雌性的为母系(maternal strain)，提供雄性的为父系(paternal strain)。,50,雌性亲代名称在前，雄性亲代名称居后，二者之间以大写英文字母“X”相连表示杂交，将以上部分用括号括起来，再在其后标明杂交的代数（如F1等）。母本X父本F1（C57BL/6 DBA/2）F1对品系或种群的名称可使用通用的缩写名称。例如：C57BL/6 DBA/2F1=B6D2F1,杂交F1代动物的命名,51,杂交F1代动物的命名,用两个近交系生产杂交一代时，可产生两种杂交一代，取决于母系或父系的不同，例：C57BL/6 DBA/2 B6D2F1DBA/2 C57BL/6 D2B6F1区别：Y染色体母性因素（细胞质成分、子宫环境、母乳）,52,1、具有同基因型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。2、遗传和表型的一致性杂交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，可获得精确度很高的实验结果。,杂交F1代动物的特点,53,杂交F1代动物的特点,3、杂交F1代动物不具有育种功能。不能自群繁殖出与杂交F1代相同基因型的动物，如果进行自群繁殖则在F2时会发生遗传上的性状分离。4、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；F1代具有较强的生命力，对疾病的抵抗力强，寿命较长，容易饲养可作为代乳动物，卵、胚胎、卵巢移植的受体。,杂交F1代动物在生物医学研究中的应用,（一）干细胞研究（二）移植免疫研究（三）细胞动力学研究（四）单克隆抗体研究,54,55,突变系动物,由于自然变异或人工定向变异使染色体上正常的基因发生改变而培育出的具有某种特殊遗传缺陷或某种独特的遗传特性。如裸小鼠、裸大鼠等。突变系动物可由自发突变和人工诱变形成,56,突变系动物命名,突变系命名和同源近交系命名相同，在原品系名称后面加连字符号与突变基因符号。原品系-突变基因BALB/c-nu/nu：BALB/c品系具有nu基因的突变系；N:NIH-nu/nu：N:NIH品种具有nu基因的突变系。,57,突变系动物应用,肿瘤模型动物其他疾病：肥胖小鼠：与人类有相似的肥胖病和糖尿病，肌萎缩症小鼠：与人类相似的肌肉萎缩症自身免疫小鼠：自身免疫性溶血症和红斑狼疮。,58,实验动物按遗传学控制分类(基因的组成特点)近交系动物（Inbred strains)相同基因型 封闭群动物(Closed-colony)不同基因型 杂交F1代动物(F1-Hybrid)相同基因型 突变系动物（Mutant strains),遗传学分类,遗传学监测方法,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：皮肤移植法酶和蛋白质：生化标记法,1.毛色基因检测 被毛颜色由基因控制的，在一个小鼠品系中，如果突然发现均一的、异常的颜色，这就意味着一个突变或被带不同毛色基因品系污染了。,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，取下颌骨置于L形直角坐标板上测量11个位点（图3-14），1-6为高度测量点，7-11为长度测量点，计算出被测下颌骨与标准下颌骨的遗传距离。,免疫学方法,1.皮肤移植 主要用于探测组织相容性（H-2）基因的差异，它是一个敏感、使用广泛的方法，以尾部皮肤移植法为好。,移植类型与移植物的命运,皮肤移植注意事项：,1、供体和受体为同一性别2、严格消毒，防止产生免疫排斥3、观察时间为100天,63,缺点：,1、时间长2、变异位点难以确定,生化标记法,依据基因的产物，异构蛋白和酶在特定电场内位置不同，采用电泳的方法将它们区分，这些电泳带型称之为生化基因标记。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。,66,课后复习,一、名词解释：种、品种、品系、近交系动物、杂交F1代动物、封闭群动物、亚系，支系、近交系数、二、简答：1、作为品种、品系的特征2、近交的交配方式3、近交系数求法4、近交系动物有什么特征，动物实验选择近交系的意义是什么？5、杂交一代动物有何特征，动物实验选择杂交一代动物的意义是什么？6、封闭群动物有何特征，动物实验选择封闭群的意义是什么？7、遗传学监测常用方法8、封闭群至少要多少有效群体数目？9、杂交一代动物与重组近交系区别三、命名总结,