第三章 遗传学质量控制实验动物质量控制
遗传质量控制
微生物质量控制
营养质量控制
环境质量控制实验动物的遗传背景与反应特性是影响实验结果的重要因素,不同遗传背景与反应性的实验动物,对同一刺激有时可引出不同质和量的反应。
从遗传学角度讲,实验动物应是具有明确遗传背景并受严格遗传控制的,属于遗传限定性动物。
第一节 遗传学分类一、实验动物按遗传学控制分类
近交系动物( Inbred strains)相同基因型
杂交 F1代动物 (F1--Hybrid) 相同基因型
封闭群动物 (Closed--colony) 不同基因型二、实验动物的分类方法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 。 以大家鼠为例,它属于:
脊椎动物门 — 哺乳动物纲 — 啮齿目
— 鼠科 — 大家鼠属 — 大家鼠种常用哺乳类实验用动物的分类学位置目 动物 目 动物有袋目贫齿目食虫目翼手目兔形目食肉目鲸 目袋鼠犰狳刺猬蝙蝠兔、鼠兔猫、狗、鼬江豚奇蹄目偶蹄目灵长目啮齿目马、驴、骡猪、牛、羊、鹿猕猴大鼠,小鼠,地鼠,
沙鼠,豚鼠犰狳 沙鼠鼬种、品种和品系的概念
1、种 (species):
是生物学分类的最基本单位。而有生殖隔离的动物则是异种动物 。
2,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 。
如青紫蓝兔,Wistar大鼠,KM小鼠等 。
3、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。如,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。
习惯上把近交系动物称为品系,封闭群动物称为品种。
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 。
三,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 。
但不同品系,品种的动物也有外貌相似的 。
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 。 就白化小鼠而言多达几十个品系,但每个品系,品种的生物学特性都有或多或少的差别 。 例如 A系经产鼠中高发乳腺肿瘤 ( 80%),A系老年鼠多有肾脏病变,
AKR系自发淋巴细胞白血病 ( 60%-90%) 。
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。
换言之,就是一个品系、品种必须具有一定的育种价值。
4.共同的遗传来源和一定的遗传结构任何品系、品种都可追溯到其共同的祖先,并由此分支经选育而成,其遗传结构也应是独特的。
例如,KM小鼠 Glo-l位点为 a基因,为单一型,而 NIH小鼠在该基因呈多态分布,a、
b型基因频率分别为 67%和 33%。如果将上述两个品种建立基因概貌就发现它们在基因概貌上的差异,而品种内这种差异是有限的。
近交系小鼠的起源与谱系之一第二节 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的方法近交。
2.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。
3.近交程度:
近交系数 coefficient of inbreeding
根据近亲交配的世代数,将基因的纯化程度用百分比来表示。
血缘系数 coefficient of relationship
群体中个体之间的基因组成的相似程度用数值来表示 。
近交系数 FX=Σ [( 1/2) n1+n2(1+FA)]
FX:X的近交系数
A:父系和母系的共同祖先
FA:A的近交系数
n1:父系中 A至 X的世代数
n2:母系中 A至 X的世代数理论上,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%。
血缘系数 RXY=Σ [(1/2)n1+n2× (1+FA)]
[(1+FX)(1+FY)]1/2
RXY:XY之间的血缘系数 FA:A的近交系数
A:X和 Y的共同祖先 FX:X的近交系数
n1:A至 X的世代数 FY:Y的近交系数
n2:A至 Y的世代数同卵孪生子之间的基因组成完全相同时,血缘系数为 100%,子代从双亲中获得基因各一半,亲子之间的血缘系数为 50%。
随着近交代数增加,血缘系数相应不断升高,到第 20代时血缘系数可以达到 99.6%。
4.近交系动物:
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。
5.亚系 (substrain):
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。
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(即分支发生于 F20到 F40之间),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。
已发现有遗传差异的品系产生这种差异的原因可能是残留杂合、突变或遗传污染( 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 )。
6.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。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。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。
二、近交系动物的特征
遗传基因位点的纯合性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形基因( Hiden),品系将会保留和表现所有的遗传性状。
遗传组成的同源性一个近交系内,所有动物都可追溯到其原始的一对共同的祖先。所有位点的基因都是纯合的,
并且只来源于共同祖先的一个拷贝。遗传同源性将导致近交系有以下三个重要特性:
( 1)品系内个体间可接受组织移植
( 2) 从品系内单个个体的监测中可得知品系整体的基因类型
( 3)从一个群体内可以很容易分离出许多遗传上相同的亚群体表型一致性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,即可以达到学的精确程度。
遗传组成独特性
近交系培育后,每个品系从物种的整个基因库只获得极少部分基因,这些基因的组合构成了品系的遗传组成。因此,每个品系在遗传组成上是独一无二的,具有独特的表型特征。
长期遗传稳定性
近交系虽然在遗传上并不是绝对稳定不变,
但是其遗传组成不受选择、近交的影响,
能导致遗传上发生变化的因素易受人为控制,而且出现的概率很低。
遗传特征的可辨性
近交系一旦培育成功,动物群体内几乎将不存在遗传多态性,即每个位点只有一种基因类型,而不会存在其它的等位基因。
国际分布广泛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,引种非常方便,仅需 1至 2对动物。
背景资料
近交系动物由于在培育和保种的过程中都有详细记录,加之这些动物分布广泛,经常使用,已有相当数量的文献记载着各个品系的生物学特性,另外对任何近交系每一项研究又增加了该品系的研究应用履历档案,这些基本数据对于设计新的实验和解释实验结果提供了有价值的参考信息。
生活力
由于近交衰退,近交系一般具有较低的生育力和生活力。这一特征给品系的维持、
保种和繁殖生产带来极大的不利,所以近交系生产量较低,很容易断种,而且这一特征也使动物不能接受剧烈的实验处理。
生产饲养成本高
近交系由于其繁殖力低,需要严格的饲养管理,对饲养环境和饲料营养要求较高,
所以相对来说其生产和实验的成本较高。
对外界因素的敏感性
国际分布广泛
生产饲养成本高
生活力下降
背景资料三.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:
同源突变近交系同源导入近交系分离近交系
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。
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。
2.重组近交系
recombinant inbreed strain,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
3.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。
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。
( 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。
供系 (donor strain),提供目的基因的品系,可以是任何一种基因类型的动物。
配系 (partner strain),接受目的基因的品系,必须是近交系。
乘客基因 (passenger gene),在基因导入过程中,因与差异基因紧密连锁一起导入近交系基因组的基因。
(3)分离近交系
segregating inbred strain
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。
同源近交系的应用:
在同一遗传背景下比较某基因位点上不同等位基因的遗传效应。
在不同遗传背景中研究同一基因与遗传背景及其它基因的关系。
消除杂合遗传背景对某些突变基因表达的影响,以获得更为稳定的实验动物模型。
对复杂的多基因性状进行遗传分析。
四、近交系动物的维持
1、动物的交配方式:
近交
杂交
远缘交配
随机交配
2、近交系保种
育成的近交系严格按全同胞方式进行交配。
育成的近交系不得与其他品系杂交。
近交系有特异的遗传特性,保种过程随时分离或淘汰遗传变异的个体。
近交繁殖力低,选择繁殖力高的,淘汰繁殖力低的家系。
对个体进行详细记录和建立系谱。
3、近交系生产基础群:全同胞方式交配血缘扩大群:全同胞方式交配生产群:随机交配,繁殖代数不超过 4代。
第三节 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。
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。
一,封闭群 ( closed colony)
一个群体既不以近交形式进行交配,
也不引入任何外来血缘,在封闭条件下交配繁殖,从而保持了群体的一般遗传特征,
又具有杂合性,我们称之为封闭群。
ICLAS规定,以非近亲交配方式进行繁殖生产的一个种群,在不从外部引入新的血缘条件下,至少连续繁殖 4代以上称为封闭群。
封闭群可分为远交种( outbred)和突变种。
二、封闭群动物的特点及应用
1、封闭群动物避免了近亲交配,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。广泛应用于实验,一般实验及学生的教学。
2、封闭群动物(远交种)的遗传组成具有很高的杂合性,类似于人类群体遗传异质性的遗传组成,用于人类遗传学研究、药物筛选、毒物试验,生物制品和化学药品的鉴定等方面。
3、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。
毕格犬
4、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。
5、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。
SHR
常用的封闭群动物
SD大鼠毕格犬青蓝紫兔
ICR小鼠三、封闭群动物的维持原则:
尽量保持封闭群动物的基因异质性及多态性,避免近交系数随繁殖代数增加而上升过快。
近交系数增量:
F= 1/2N
N:群体个数
国际实验动物委员会规定封闭群每代近交系数增加量不得超过 1%,由?F= 1/2N得到每代动物数量不能少于 25对。
引种时,小型啮齿类封闭群动物数不得少于 25对。
四、封闭群动物的繁育体系采用随机交配的繁育体系,要求这个繁育体系能保持严格的家系记录并最大限度地避免动物近交。
方法,1.按随机数表配对法
2.分组交配法
3.循环配对法
1.随机数表配对法将断奶后的小鼠编号,按随机数表组成配种对
2.分组交配法
3.循环配对法第四节 杂交 F1代 动物一、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。
如,AKR× DBA/2,AKD2F1
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)。
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。
杂交 F1代动物虽然基因型是杂合的,
但个体间的遗传型与表现型都是一致的,
符合实验动物有明确遗传背景的基本要求,
在实验研究中应用时能获得一致的、可重复的、正确的实验结果,
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,如果进行自群繁殖则在 F2时会发生遗传上的性状分离。
二、杂交 F1代 动物的特点及其应用
1、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。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。
2、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。
3、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。
4、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。
5,在医学生物学中的应用
1.干细胞的研究
2.移植免疫的研究
3.单克隆抗体研究
4.细胞动力学研究
5.作为某些疾病研究的模型三、杂交 F1代动物的维持
1、杂交 F1代动物的亲本必须是近交系动物。
2、杂交 F1代动物只能作实验用,不能作为种用。
3、生产杂交 F1代动物,必须维持两个亲本近交系的存在。
4、根据实验对杂交 F1代遗传组成的要求选择亲本近交系。在这个前提下选择遗传上差异较大的品系进行杂交以提高杂交优势的程度。
五、常用杂交 F1代小鼠
1.AKD2F1 AKR× DBA2
2.BA2GF1 C57BL× A2G3.
3.BCF1 C57BL× BALB/C
4.BCBAF1 C57BL× CBA
5.B6AF1 C57BL/6× A
6.BC3F1 C57BL× C3H
7.B6D1F1 C57BL/6× DBA/1
8.CAKF1 BALB/c× A
9.CAKF1 BALB/c× AKR
第五节 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 。
国际小鼠标准化遗传命名委员会
International Committee on Standardized
Genetic Nomenclature for Mice 制定小鼠命名法
国际大鼠遗传命名委员会
Rat Genome and Nomenclature Committee
制定大鼠命名法
其它实验动物命名参照大小鼠进行命名
了解已命名大小鼠的途径:
,Mouse News Letter,每 2年
,Inbred Strains of Mice,每 2年
,Cancer Research,每 4年
http://www.informatics.jax.org
http://www.rgnc.gen.gu.se
一,近交系动物的命名
1,普通近交系的命名
(l)品系名称一般为 1-4个大写的英文字母 。
如,A,BALB,DBA
(2)有些品系名称用大写字母与数字结合表示,且数字总是紧随着第 1个大写字母 。
如,C57BL,C3H
(3)有些较早使用的非正规命名,已为国际广泛接受,其原有命名继续沿用 。
如,129,615
(4)繁殖代数表示法:
A( F87),表示 A系近交的第 87代。
AKR(F?+10),未知的代数加已知的代数 。
C57BL/Jnga(F73+26),引入时的代数加自繁代数。
常用近交系的缩写品 系 缩 写 品 系 缩 写
AKR AK C57BR BR
BALB/c C C57L L
C3H C3 DBA/1 D1
C57BL B DBA/2 D2
CBA CB HRS/J HR
C57BL/6 B6 C57BL/1
0
B10
2,亚系的命名在原系名称后划一斜线,加亚系符号 。
亚系符号有下面几种情况:
亚系符号用研究人员或研究机构名称的缩写字母表示 。 首字母大写,其余小写 。
如,A/He指品系 A的 Heston亚系,CBA/J指
CBA在 Jackson 实验室的亚系 。
老亚系中出现新亚系,可以在老亚系后加新亚系符号,如 YBR/HeW就是将 YBR/He迁入 Wilson处形成的新亚系 。
亚系符号用数字或小写字母表示 。 仅出现于众所周知的品系里,例如,BALB/c,
DBA/1,DBA/2。
亚系符号用字母加数字表示 。 一个实验室在某一品系后产生一个以上的亚系时,
例如,C57BL/6J 是指在 Jackson 实验室保持的 C57BL/6 。
3.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/N
代乳 f(Foster nursing)
人工喂养 h(Hand-rearing)
受 精 卵 或 胚 胎 移 植 e(Egg or embryo
transfer)
卵巢移植 o(Ovary transplant)
人工代乳 fh(Foster onhand-rearing)
冷冻保存 p(Freeze preservation)
(2) 伴随着品系处理,往往加上或清除了一个垂直传递的病毒。
如果已验证了这个加上或清除的病毒,
那就应在品系符号后附上用大写字母表示的病毒符号,并在病毒符号后接上,+” 或,-”
号,以表示增加或减去某一个病毒。
例如,C3H/HeN-MTV+,表示纯化的小鼠胸腺病毒已接种进 C3H/HeN的胎儿 。
(3) 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:
C 57BL/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。
4,重组近交系的命名两个亲代品系名字的缩写中间加一个大写且不留有空间的 × 。
由相同双亲交配育成的同一系列中不同的近交系可在其后加连字符和数字表示 。
例如,AKR和 C57BL/10杂交培养出来的一系列近交系可命名为 AK× B-1,AK× B-2、
AK× B-3等 。
常见重组近交系
5.重组同类系的命名重组同类系( Recombnant cogenic
strain):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次回次(通常回交 2次),再经过对特殊基因选择的近亲交配而育成的近交系。
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,用其中做回交的亲代近交系(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重组同类系阿拉拍数字予以区分。如
CcS1,表示由以 BALB/c(C)为亲代受体近亲系,
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 。
6.同源突变近交系的命名在品系 ( 亚系 ) 的名称之后加连字符和基因符号 ( 斜体 ),如 C57BL/6J-bg表示 C57BL/6J携带
bg基因 。
当突变基因处于杂合子状态时,符号中应包括一个正号来指示,如 C57BL/6J-bg/+。
同源突变近交系的代数用 M表示,如 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 。
7.同源导入近交系的命名命名是在背景品系的全名或缩写符号后,
加某些符号,有下面几种情况:
一个圆点和一个供体品系符号的缩写,
然后加连字符与目的基因符号 。 如:
B10?129-H-2b,表示以 为 C57BL/10sn(=B10)
为遗传背景的品系,导入 129品系上的等位基因 H-2b。
如果用同样的供体作几次导入,用括号里的数字或字母来区分导入的第次 。 例如:
B10·129(12M)-H-2b,表示背景品系是 B10,
第 12次导入了 129品系的 H-2b等位基因 。
供体品系不是近交系,或遗传的差异是复杂的,或这个品系已广泛使用而众所周知时,可使用稍微不完整的符号 。 如
BALB/c-nu/+表示携带杂合 nu基因的 BALB/c
品系,
8.分离近交系的命名命名法与同源突变系相似,品系符号后是连字符加杂合位点的基因符号。例如:
DW-dw/+表示 DW品系在 dw位点是杂合的。
分离近交系的代数可以在品系名称后的括号内加 FH和数字表示。例如,DW-dw/+
( FH27) 表示保持 dw/+位点杂合的兄妹交配 27代。
二、封闭群动物的命名
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 1~4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。
3.由于历史原因已广泛使用的封闭群动物,
沿用其原来的名称。如,Wistar大鼠,New
Zealand兔
4.突变种的命名是在封闭群命名的基础上加上突变基因的符号,用连字符相连,基因符号用斜体字。
如,N,NIH-nu/nu表示由美国国立卫生研究院保存的,带有纯合裸基因的 NIH
小鼠。
Lac:LACA-Hh/+表示英国实验动物中心保存的带有杂合半肢畸形基因的 LACA小鼠三、杂交 F1代动物的命名杂交群应按以下方式命名:此雌性亲代名称在前,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,再在其后标明杂交的代数(如 F1等) 。
对品系或种群的名称可使用通用的缩写名称。
例如:( C57BL/6? DBA/2) F1 = B6D2F1
四、转基因动物的命名转基因的命名遵循以下原则:
符号:一个转基因符号由以下三部分组成,均以罗马字体表示:
TgX (YYYYYY) ##### Zzz,
其中各部分符号表示含意为:
TgX=方式( mode)
(YYYYYY)=插入片段标示( insert designation)
##### = 实验室指定序号( laboratory-
assigned number)及
Zzz = 实验室注册代号( laboratory code)
方式转基因符号通常冠以 Tg字头,代表转基因( transgene)。随后的一个字母( X)
表示 DNA插入的方式,H代表同源重组,如基因敲除,R代表经过逆转录病毒载体感染的插入,N代表非同源插入,如显微注射。
插入片段标示插入片段标示是由研究者确定的表明插入基因显著特征的符号。通常由放在圆括号内的字符组成:可以是字母(大写或小写),也可由字母与数字组合而成,不用斜体字,上、下标、空格及标点等符号。研究者在确定插入标示时,应注意以下几点:
标示应简短,一般不超过六个字符。
如果插入序列源于已经命名的基因,应尽量在插入标示中使用基因的标准命名或缩写,但基因符号中的连字符应省去。
确定插入片段指示时,推荐使用一些标准的命名缩写,目前包括:
An 匿名序列
Ge 基因组
Im 插入突变
Nc 非编码序列
Rp 报告基因
Sn 合成序列
Et 增强子捕获装置
Pt 启动子捕获装置插入片段标示只表示插入的序列,并不表明其插入的位置或表型。
实验室指定序号及实验室注册代号实验室指定序号是由实验室对已成功的转基因系给予的特定编号,最多不超过 5位数字。而且,插入片段标示的字符与实验室指定序号的数字位数之和不能超过 11。
实验室注册代号是对从事转基因动物研究生产的实验室给予的特定符号。
举例:
C57BL/6J-TgN(CD8Ge)23/JWg表示来源于美国的杰克逊实验室( J) 的
C57BL/6J被转入人的 CD8基因组( Ge) ;
转基因小鼠在 JonW.Gordon(JWg)实验室完成,这个小鼠是该实验室通过显微注射( N) 后得到的序号为 23的小鼠。
TgN( GPDHIm) 1 Bir
以人的甘油磷酸脱氢酶基因( GPDH)
显微注射入( C57BL/6J X SJL/J) F1代雌鼠的受精卵中,并引起插入突变( Im),
这是 Edward H.Birkenmeier (Bir) 实验室命名的第一只转基因小鼠。
转基因符号的缩写:转基因符号可以缩写,
即去掉插入片段标示部分,例如 TgN
( GPDHIm) 1 Bir可缩写为 TgN 1 Bir。
一般在文章中第一次出现时使用全称,以后再出现时可使用缩写名称。
第六节 遗传质量 监 测遗传质量控制( genetic quality
control).包括遗传学管理 (genetic
managing)和遗传监测( genetic
monitoring ) 两个环节。
一、遗传改变的原因
1、近交系遗传改变的原因
残余的杂合性,尽管我们采用严格的兄妹交配,20代后还是存在 1.4%的残余杂合性,杂合子个体在受精率、繁殖率和生活力上均远远超过纯合子遗传型个体,
其在群体中地扩散引起群体遗传变异。
人为失误造成外来的基因组杂交进一个近交系,产生遗传污染
染色体片断存在重复,缺失,易位,倒位,
基因位点存在突变,若这些变异在繁育过程中固定下来,会引起群体遗传改变
遗传突变,来自 DNA序列的变化,这种变化可能是某核苷酸碱基的置换、缺失或插入
各种品系分布到各地长期隔离,造成品系特性发生很大变异
2、封闭群(远交群)遗传改变的原因最主要的是选择同近交系一样,遗传污染和基因突变都能造成远交群的差异,但远交群等位基因分布改变的主要原因在于选择。
要保持一个远交群所有基因频率的相对比例没有变化,最恰当的核心繁育群应有 1000个动物。
但事实上我们不可能做到这一点,特别是近代,人们为了控制微生物污染,采用剖腹产和悉生生物学技术定期地重建新的群体。
在重建过程中,群体骤然变小,近交系数必将上升,因而导致杂合性下降,这也意味着某些基因被固定下来。在不同的单位这种对位点的不同固定,往往导致了同一品种动物等位基因分布的改变。
二,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,混合淋巴细胞培养法
酶和蛋白质:生化标记法
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。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。但是,在生物医学研究中这种现象并不多见,因为我们使用的小鼠多半都是白化小鼠,由于白化基因 c是各种带色基因的上位基因,所以白化小鼠间的污染不能,一看而知,,必须用双隐性的带色小鼠与之配种,观察 F1代的毛色形态学方法近交系的毛色基因品系 毛色基因 品系 毛色基因
A a.b.c DBA/2 a.b.C.d
AB A.B.c.D NC A.b.C.D.S.
AKR a.B.c NH a.B.C.D.p.s.
AL A.b.c KK a.B.c.D.S.
BALB/c a.b.c NZB a.B.C.
BL A.B.C NZW A.b.c.
CBA A.b.C.D.p,SWR A.B.c.
CPB-F a.b.c.D.p,101 Aw.B.C.
CPB-FT A.B.C,129 Aw.B.cch.p.
C3H a.B.C,615 a.b.C.D
C57BL a.B.C,TA1 a.b.c.D
C57BL/6 a.B.C,SSB a.b.c.D
C57L a.b.C.
* A-野生色,aa非野生色,Aw-白腹野生色,B-黑色,bb褐色,C-有色,
cch 青紫兰色,cc白化,D-深色,dd 淡色,In-铅灰,in黑灰,S-无色斑、
ss有色斑。
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。现简介英国实验动物中心 Festing的下颌骨分析法,取同日龄或 20± 1g小鼠的头骨,将其煮沸 3分钟以上,再用胰酶 37℃
消化 24小时后用清水洗净,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,
将各测量点的值记入表中,并列四个判别函数下颌骨形态分析图免疫学方法
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注意:放置皮片时要注意移植片的被毛与受体被毛呈相相反方向。
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 →F 1— 存活小鼠组织相容性位点的分布生化标记法依据基因的产物,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,这些电泳带型称之为生化基因标记。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
微卫星 DNA标记法微卫星 (microsatellite MS)是指重复单位为 1— 6bp重复十数次至数十次的一类
DNA序列。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。
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。
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。
第六节 实验动物遗传学的发展
1.现代遗传学的开端
1860年,孟德尔发表了他的
,植物杂交实验,一文,首次阐述了有规律的生物界遗传现象,揭示了分离和自由组合定律。孟德尔也被公认为现代遗传学的创始人。
1903年 —— 萨顿( Sutton) 和博韦里
( Boveri) 首先发现了染色体的行为与遗传因子的行为很相似,提出了染色体是遗传物质的载体的假设,即染色体学说
1909年 —— 约翰逊 ( Johannsen) 称遗传因子为基因 ( gene),此外他还创立了基因型
( genotype) 和表现型 ( phenotype) 的概念,把遗传基础和表现性状科学地区别开来 。
P 褐色眼 PP× 粉红色眼 pp
F1 褐色眼 Pp⊕
F2 褐色眼 3∶ 粉红色眼 1
小鼠眼晴的颜色褐色眼和粉红色眼为一对相对性状的不同类型
豚鼠被毛的粗糙 R与光滑 r是一对相对性状
( R→ r),而短毛 Y与长毛 y为另一对相对性状
( Y→ y)。
今用真实遗传的粗糙短毛豚鼠 RRYY与光滑长毛鼠
rryy交配
P 粗短 RRYY× 光长 rryy

F1 粗短 RrYy⊕

F2 粗短 R-Y-,粗长 R-yy,光短 rrY-,光长
rryy
9 ∶ 3 ∶ 3 ∶ 1
实验动物的非孟德尔遗传形式
(一 ) 不完全显性杂合体表现是两种亲本性状的中间型,这是由于显性不完全,不能把隐性完全掩盖住。
豚鼠 黄色 × 白色淡黄色 ⊕
黄色 淡黄色 白色
1 ∶ 2 ∶ 1
(二 ) 镶嵌遗传杂合体的表现是两种亲本性状的重叠,即两种亲本性状无显性、隐性之分,都在后代中表现出来。
猫 黑毛 × 黄毛三色
(三 ) 复等位基因如兔子的毛色基因全色( C)、青紫兰
( Cch)、喜马拉雅( Ch)及白化( c)就组成了一个基因系列
(四 ) 基因的互作控制一个性状的是两对等位基因,非等位基因之间相互作用出现了新的性状类型。这种现象称为基因的互作,这两对基因叫互作基因。
(五 ) 上位作用隐性上位,上位基因是隐性基因。
大鼠 黑色 CCaa × 白化 ccAA
鼠灰色 CcAa⊕
鼠灰色 C-A- 黑色 C-aa 白色 ccA-,ccaa
9 ∶ 3 ∶ 4( 3+1)
解释,A鼠灰色基因 α黑色基因 但必须有 C存在才能表现有色。 c对 C虽是隐性,但纯合时对 A和 α有抑制作用,所以是隐性上位,只要 cc存在,大鼠就是白化体
2.细胞遗传学时期
1910年 —— 摩尔根( Morgan) 建立了著名的基因学说( gene theory)。 确立连锁交换定律与孟德尔的分离和自由组合定律共称为遗传学三大基本定律。
已知小鼠的色斑基因( s)和无色斑基因( S)是一对等位基因,正常毛基因( Hr)和无毛裸体( hr)也是一对等位基因(图 3-5)。
P (HrHrSS) × (hrhrss)
正常毛、无色斑 无毛、有色斑
F1 HrhrSs × hrhrss (回交 )
F2 基因型 HrhrSs Hrhrss hrhrSs hrhrss
表 型 正常毛 正常毛 无 毛 无 毛无色斑 有色斑 无色斑 有色斑个体数 56 4 6 54
互换率(交换率) = 重组合个体数( F2) /
总个体数( F2) × 100%
可以通过计算双交换的互换率进行初步的基因定位
3.微生物遗传学时期
1940年以后,比德尔( Beadler) 与其同事在红色面包霉上进行了大量工作,提出了,一个基因一个酶,的理论
1944年 —— 埃弗里( Avery) 等人的细菌转化试验有力地证明了遗传物质为脱氧核糖核酸( DNA);
1957年 —— 法国遗传学家本兹尔( Benzer) 以
T4噬菌体为材料,在 DNA分子结构的水平上,分析研究了基因内部的精细结构,提出了顺反子
( cistron) 学说
1961年 —— 法国分子遗传学家雅各布( Jacob)
和莫诺( Monod) 在研究大肠杆菌乳糖代谢的调节机制中提出了操纵子( operon) 学说,
4.分子遗传学时期
1953年 —— 美国分子生物学家沃森( Watson) 和英国分子生物学家克里克( Crick) 根据 X射线衍射分析提出了著名的 DNA右手双螺旋结构模型,更清楚地说明了基因组成成分就是 DNA分子,
基因的化学本质的确定,标志着遗传学又进入了一个新阶段 ——
分子遗传学发展的新时代
1967年 —— 美国生化学家尼伦伯格( Nirenberg) 和
( Khorana) 等人完成了全部 64个遗传密码的破译工作。
从而提出了遗传信息传递的中心法则( centraldogma),
揭示了生命活动的基本特征。
1968年 —— 史密斯、阿伯和内森等人发现并提出能切割
DNA分子的限制性内切酶( restriction enzyme),为基因拼接工作铺平了道路。
1970年 —— 美国病毒学家特明在劳斯肉瘤病毒体内发现一种能以 RNA为模板合成 DNA的酶叫,反转录酶,( reverse
transcriptase),这一发现不仅对研究人类癌症具有重要意义,而且进一步发展和完善了,中心法则,。
1973年 —— 美国遗传学家伯格( Berg) 第一次把两种不同生物的 DNA( SV40和 λ噬菌体的 DNA) 人工地重组在一起,首次获得了杂种分子,建立了 DNA重组技术。 从此,
基因工程的研究便蓬勃发展起来。
1977年,Sanger F,提出双脱氧核苷酸法 DNA 测序 —— 进行 DNA序列分析。
1985年,Mullis K提出体外扩增 DNA
片段方法 —— PCR,人工合成 DNA
1986年,美国率先提出了一个前所未有的庞大研究计划一一人类基因组计划
(HMman GenemeProject)
20世纪 90年代,基因组研究全面兴起
2002年 2月 12日,历时 10载耗资 20亿美元的人类基因组计划最终完成,并报道了
99% 的人类基因组序列
2002年 12月中旬小鼠成为第一个继人类后被测完所有基因组序列的哺乳动物
人类和小鼠各有 3万个基因,其中 80%相互对应,但人类的基因组较长,大约有 30
亿个碱基对,而小鼠有 25亿个。与人类相比,小鼠有更多繁殖、免疫和嗅觉基因,
并且前两种基因的进化也比人类快得多。
科学家们利用人类与小鼠 DNA序列的相似之处来研究人体基因在何处表达。
5.后基因组时代的来临蛋白质组学
(Proteomics)研究所有参与细胞活动的蛋白质的功能和蛋白质的相互作用。蛋白质组学与基因组学同等重要,甚至更为重要 双向电泳
功能基因组学研究已破译的基因的功能并控制它们,通过结构比较找出未知的蛋白质
Affymetrix's CHIP
基因工程动物
利用转基因动物或基因敲除动物研究基因的功能克隆动物动物克隆技术将应用于医药领域,用以生产各种医用人体蛋白,其次用于患者本人细胞培育出的新组织来治疗各种疾病,
进行器官移植,可以避免产生免疫排斥,提高手术成功绿率以及用于干细胞的研究克隆猫克隆狗灵长类动物猴子也快要被克隆了
实验动物遗传学研究方兴未艾,期待着大家共同探索!