上海交大实验动物学-实验动物遗传质量控制.pptx

Shanghai Jiao Tong University实验动物遗传质量控制Shanghai Jiao Tong University1、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。实验动物遗传控制基本概念Shanghai Jiao Tong University 4、在动物分类学中，“种种“（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。品种品种、品品系系才是实验动物分类的基本单位。Shanghai Jiao Tong University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代远交种突变种品系品种Shanghai Jiao Tong UniversityShanghai Jiao Tong University5、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。Shanghai Jiao Tong University 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）交配制度和交配型Shanghai Jiao Tong University纯合子交配（Incrosses）：为亲代相同的显性纯合子交配，如A/AA/A和a/aa/a。杂交（Crosses）:为亲代不相同的纯合子交配，如A/Aa/a和a/aA/A 回交（back cross ）：为亲代显性纯合子与杂合子交配。如A/Aa/A；a/AA/A；a/Aa/a和a/aa/A 自交或称互交（Intercrosses）：亲代为两个杂合子交配：如a/Aa/AShanghai Jiao Tong University 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。Shanghai Jiao Tong University （1）纯合子交配（Incrosses）：为亲代相同的显性纯合子交配，如A/AA/A和a/aa/a。 亲代： 子代：基因型AA，表现型A。Shanghai Jiao Tong University （2）杂交（Crosses）:为亲代不相同的纯合子交配，如A/Aa/a和a/aA/A。 亲代：aa 子代： 基因型a ，表现型A。Shanghai Jiao Tong University 回交（Backcrosses）：为亲代显性纯合子与杂合子交配。如A/Aa/A；a/AA/A；a/Aa/a和a/aa/A 亲代：aAA 子代： 基因型：1AA，1Aa表现型：AShanghai Jiao Tong University （4）自交或称互交（Intercrosses）：亲代为两个杂合子交配：如a/Aa/A。 亲代：aAa 子代：基因型：1/4AA，2/4Aa,1/4aa。表现型：3/4A，1/4a。Shanghai Jiao Tong UniversityShanghai Jiao Tong University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。近交系 Inbred strainShanghai Jiao Tong University Shanghai Jiao Tong UniversityShanghai Jiao Tong University 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。Shanghai Jiao Tong University 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。Shanghai Jiao Tong University近交系动物的命名 例如： Shanghai Jiao Tong UniversityBeggalbinoShanghai Jiao Tong University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。Shanghai Jiao Tong University3、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。 近交系动物的特性Shanghai Jiao Tong University5、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。近交系动物的特性Shanghai Jiao Tong University6、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。近交系动物的特性Shanghai Jiao Tong University7、 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。近交系动物的特性Shanghai Jiao Tong University 近亲交配是实验动物获得。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， 在个体之间能互相接受皮肤和肿瘤移植。近亲交配的意义Shanghai Jiao Tong University 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 。近亲交配的意义Shanghai Jiao Tong University影响动物生长率，寿命，对疾病的感受性，生活力，体力及繁殖能力近亲交配的弊端Shanghai Jiao Tong University 鉴于近交系动物具备上述特性，其应用首推遗传学研究， 其次，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。近交系的应用Shanghai Jiao Tong University 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。近交系的应用Shanghai Jiao Tong University 概念：Closed colony or outbred stock 以非近交交配方式进行繁殖生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，至少连外部引入新个体的条件下，至少连续繁殖续繁殖4 4代以上，称为一个封闭群，代以上，称为一个封闭群，或叫远交群。或叫远交群。封闭群（远交群）Shanghai Jiao Tong University 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。Shanghai Jiao Tong University 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。封闭群动物的命名Shanghai Jiao Tong University 封闭群动物的命名Shanghai Jiao Tong University 1 1、基因库大，杂合率高、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。封闭群动物的遗传学特性Shanghai Jiao Tong University 2 2、群体基因频率基本保持稳定、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，封闭群动物的遗传学特性Shanghai Jiao Tong University 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。 哈迪温伯格平衡Shanghai Jiao Tong University 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。封闭群动物的遗传学特性Shanghai Jiao Tong University 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。封闭群动物的应用Shanghai Jiao Tong University ；Shanghai Jiao Tong University 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。重组近交系和重组同类系 Recombinant inbred strain Recombinant congenic strain重组近交系和重组同类系 Recombinant inbred strain Recombinant congenic strainShanghai Jiao Tong University 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。重组近交系和重组同类系 Recombinant inbred strain Recombinant congenic strainShanghai Jiao Tong University 杂交 就是将不同的群体或品系动物进行交配。重组近交系和重组同类系 Recombinant inbred strain Recombinant congenic strainShanghai Jiao Tong University 把这两种品系进行杂交，产生把这两种品系进行杂交，产生F1F1的基因型的基因型是均一的是均一的A1/A2A1/A2，B1/B2B1/B2，C1/C2C1/C2；个体各基因位点均是杂合型，又保持了个个体各基因位点均是杂合型，又保持了个体遗传均一性，即体遗传均一性，即F1F1的各个体间血缘系数的各个体间血缘系数R=1R=1；还可能出现新的遗传特性。；还可能出现新的遗传特性。 如近交系如近交系NZBNZB和和NZWNZW的的F1F1中发现了自身中发现了自身免疫性疾病鼠。免疫性疾病鼠。重组近交系和重组同类系 Recombinant inbred strain Recombinant congenic strain重组近交系和重组同类系 Recombinant inbred strain Recombinant congenic strainShanghai Jiao Tong University 重组近交系：重组近交系重组近交系 由两个近交系杂由两个近交系杂交后，经连续交后，经连续2020代以上兄妹交配育成的近代以上兄妹交配育成的近交系交系。 重组同类系：重组同类系：由两个近交系杂交后，子代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与两个亲代中的一个近交系进行数次回交（通常回交（通常回交2 2次），再经无特殊基因选择的次），再经无特殊基因选择的近亲交配而育成的近交系。近亲交配而育成的近交系。重组近交系和重组同类系 Recombinant inbred strain Recombinant congenic strainShanghai Jiao Tong University 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：由如：由BALB/cBALB/c与与C57BL/6C57BL/6杂交育成的一组杂交育成的一组近交系分别命名为近交系分别命名为CXB1CXB1、CXB2CXB2。重组近交系和重组同类系 Recombinant inbred strain Recombinant congenic strainShanghai Jiao Tong University 重组同类系命名：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。重组近交系和重组同类系 Recombinant inbred strain Recombinant congenic strainShanghai Jiao Tong University 应用：应用：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；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；还用于动物寿命、自发性和诱发性疾病的研究；重组近交系和重组同类系 Recombinant inbred strain Recombinant congenic strainShanghai Jiao Tong University 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。实验动物遗传学质量控制 Shanghai Jiao Tong University 实验动物遗传学质量控制 Shanghai Jiao Tong University 实验动物遗传学质量控制 Shanghai Jiao Tong University 生化标志基因位点检测 皮肤移植 下颌骨形态学分析 毛色基 因交配测试等实验动物遗传学质量控制 Shanghai Jiao Tong University 签发品签发品系（种系（种群）的群）的合格证合格证书。书。实验动物遗传学质量控制 Shanghai Jiao Tong University 近交系遗传概貌是指一套生化标志基因位点,根据这些位点可确切无误地判定品系,并将其同其它近交品系,甚至可能只有1-2个位点不同的亚系区分开来。遗传概貌的确定Shanghai Jiao Tong University封闭群动物遗传概貌内容 积11个下颌骨测量数据尺骨长Shanghai Jiao Tong University。遗传质量检测方案的设计Shanghai Jiao Tong University 在实验动物国家标准哺乳类实验动物的遗传质量控制中规定： 遗传质量检测方案的设计Shanghai Jiao Tong University 当前生物化学进展，已能灵敏地测定蛋白质化学结构的微小差异，这些差异由遗传基因决定，是个体及品系固有的特性，可用作鉴定品系和个体的判定。 使用电泳技术显示蛋白质不同性状，便能建立每一近交系独特的基因概貌。生化标志位点测试Shanghai Jiao Tong University 经研究，目前实验小鼠至少有64种生化标记（同功酶或蛋白质）位点；在大鼠近交系中，生化标记位点仅有少量的报道生化标志位点测试Shanghai Jiao Tong University 在实验动物国家标在实验动物国家标准准哺乳类实验动哺乳类实验动物的遗传质量控制物的遗传质量控制 对近交系小鼠选择位于10条染色体上的13个生化位点 对近交系大鼠选择9个生化位点，作为生化标记检测。生化标志位点测试Shanghai Jiao Tong University 生化标志基因位点测试法是一种得到广泛应用的灵敏的遗传质量检测方法，它能证实近交系和确定亚系间的遗传关系，具有较高的应用价值。 该方法必须严格选择每一种显示同功酶的缓冲液，电泳的温度、时间、电压和电流的最佳值。使用这种方法需要一定的技术和设备。生化标志位点测试Shanghai Jiao Tong University 实验证明动物具有接受或排斥所植皮肤的能力。每个近交系的全部个体在遗传上高度纯合，所以，同品系的个体间能互相接受皮肤移植；而不同品系的个体间植皮就会互相排斥。 皮肤移植也是的常用的遗传质量检测方法，在国家推荐标准（GB/T14927.2-2001）实验动物近交系小鼠大鼠皮肤移植法中，对该方法的基本操作步骤有详细的介绍和规定。皮肤移植Shanghai Jiao Tong University 小鼠和大鼠的检测中普遍采用的是快速、有效的尾部皮肤移植法。 植皮后至少观察100天，只有在100天以上植皮双方均不发生排斥，才能证实待测小鼠或大鼠的遗传纯合性。 在对已知品系检测时，若急性排斥占手术例数30%，须重新考虑采样，以确认是技术性还是其他原因造成的结果。皮肤移植Shanghai Jiao Tong UniversityShanghai Jiao Tong University皮肤移植法优点： 易掌握、高度灵敏、经济、不需昂贵设备、对植皮接果的排斥或接受容易判断。皮肤移植法不足：皮肤移植Shanghai Jiao Tong University 下颌骨形态是高度遗传的性状，由多态性位点确定。下颌骨的形态和大小在小鼠的近交系间存在明显差异，所以，下颌骨分析是一种合理的方法 该方法是一种灵敏和有效的鉴别和检测亚系变异（源于遗传混杂和突变）的技术。 正常环境因素及饲养管理对下颌骨形态几乎没有什么影响， 50日龄后下颌骨基本上不再生长，其形态也不再发生变化。下颌骨形态学分析Shanghai Jiao Tong University 检测前，制作测量用的标准直角坐标底板， 在近交系核心群中随机取60日龄以上的成年雄鼠，每次取样10只为1组，制备下颌骨标本后， 在显微镜下，放大10倍测量在直角坐标底板上下颌骨11个形态特征参考点的距离下颌骨形态学分析Shanghai Jiao Tong University将所测量值的平均数作统计分析，利用判别函数确定下颌骨形态。如果测量值集中，则表明在被测小鼠间无显著的遗传差异。下颌骨形态分析是一种灵敏、经济、简便、可同时检验大量的遗传位点的遗传监测方法。若配以扫描机将下颌骨形态扫入电脑，经电脑测量其形态特征参考点的距离，并由电脑完成统计分析，既可减少人为误差，还可加快统计分析的速度。下颌骨形态学分析Shanghai Jiao Tong University 小鼠的毛色等位基因A、B、C、D、分别位于第2、4、7、9、 条染色体上。A、B、C、D基因对其相应的a、b、d等位基因是显性； 而C基因又是其它色素基因的上位基因，当cc隐性基因存在时，细胞内缺乏酪氨酸酶而不能合成色素，因此不论其它控制色素生成的基因是什么，小鼠均表现为白化。 所以根据遗传学原理,使复隐性等位基因的小鼠与待测小鼠交配，能从其F1仔鼠的毛色推测被检小鼠的基因型 毛色基因交配测试Shanghai Jiao Tong University “ABCD”为野生色 “AbbCD”为桂皮色 “aaBCD”为黑色 “aabbCD”为棕色； “- - cc -”为白化 毛色基因交配测试Shanghai Jiao Tong University(1)已知复隐性等位基因型小鼠的选择 可选用纯系DBA/2小鼠， 它的基因型是“aabbCCdd”。 (2)待测鼠 可以是白化小鼠，亦可是其他颜色的小鼠。 但一般都选用近交系作为待测鼠，以达到了解近交系毛色基因纯合程度或新培育品系的基因型之目的。当然还可用非近交系作为对照组，以观察其毛色基因分离情况。 (3)交配方式 选用70 日龄左右的已知复隐性基因的雄性小鼠和同样条件的待测雌性小鼠，按1：1或1：2，自行交配，观察并记录交配、生产等时间和各数据，以便于结果分析。毛色基因交配测试Shanghai Jiao Tong University1、F1代为同一毛色时待测小鼠基因的判断代为同一毛色时待测小鼠基因的判断 因为F1代只有一种毛色，所以， 也只能有一个基因型，这样首先可以肯定待测鼠的基因为纯合，然后推导待测鼠基因型。例如用DBA/2测BALB/C毛色基因型。DBA/2BALB/C的F1代为桂皮色，基因型为AabbCcDd；与已知DBA/2(银灰)的aabbCCdd基因型配对比较，可知F1中A，b，c，D 四个等位基因来自BALB/C，又因为F1只有一种桂皮色，故可以推断该待测BALB/C的毛色基因为纯合, 基因型为AAbbccDD。2、F1代为不同毛色时待测小鼠的基因型判断代为不同毛色时待测小鼠的基因型判断 F1 代毛色不同则说明待测鼠的基因型不纯，故不是纯系动物。那么它的基因型怎样确定呢？方法是把所有F1代的毛色基因型与已知基因型对比，找出与已知基因型不同的基因，然后把它们按序排列即为待测鼠的基因型。Shanghai Jiao Tong University 通常将通常将60-7060-70日龄待测小鼠雌鼠与已知毛日龄待测小鼠雌鼠与已知毛色基因结构的色基因结构的DBA/2DBA/2（aabbCCaabbCC）雄鼠交）雄鼠交配，根据杂交配，根据杂交F1F1的毛色确定待测小鼠主要的毛色确定待测小鼠主要毛色基因型，鉴定是否纯合。毛色基因型，鉴定是否纯合。毛色基因交配测试