實驗動物遺傳質量控制GeneticQualityofLaboratoryAnimalsLaboratoryAnimalCentreTheFourthMilitaryMedicalUniversity1StandardizationKnowngeneticbackgroundhealth;no

pathogeneswelfareQualityofanimals＋StandardizedenvironmentApprobriatedesign＋MacroandmicroenvironmentAdaptationnutritionGroupsProceduresAnalysesStatisticsReliable,reproducibleresultsAccuracyofresultshighenoughVariationofresultslowenoughNumberofanimalsgetsmaller23實驗動物遺傳學質量控制的意義遺傳質量決定了動物實驗結果的準確性和重復性遺傳檢測是評定和保證實驗動物遺傳質量和標準化的重要措施。4遺傳背景清楚通過遺傳檢測，建立其遺傳質量標準，為其品系注冊登記提供遺傳背景技術資料具遺傳穩定性通過遺傳檢測，為其基因組穩定性檢測與遺傳質量控制提供技術標準，以便在動物繁育過程中，及時篩除發生遺傳污染及突變的個體，保證其遺傳質量及生物學特性的穩定性，保證其標準化動物在生命科學中的連續穩定應用5實驗動物遺傳質量控制相關國家標準GB14923-2010

實驗動物哺乳類動物的遺傳質量控制GB/T14927.1-2008

實驗動物近交系小鼠、大鼠生化標記檢測方法GB/T14927.1-2008

實驗動物近交系小鼠、大鼠皮膚移植法6

遺傳學分類

近交系動物

封閉群動物雜交F1代動物遺傳質量監測學習內容7實驗動物的遺傳學分類8動物種、品種、品系的概念種（species）生物學上的種（biologicalspecies）是生物分類系統中的最基本單元，是長期歷史發展過程中，通過遺傳、變異和自然選擇的結果。9品種(breed)

人們根據不同需要對動物進行改良、選擇，即定向培育，具有某些特定外形和生物學特性的動物群體，其特性能穩定地遺傳。品系（strains）

指來源明確，并采用某種交配方法繁殖，具有相似的外貌、獨特的生物學特性和穩定的遺傳特性，可用于不同實驗目的的動物群體。習慣上把近交系動物稱為品系，封閉群動物稱為品種。

10作為品種、品系的條件

1.相似的外貌特征同一品系或品種具有相同的外貌特征，如毛色。但不同品系、品種的動物也有外貌相似的。11

2.獨特的生物學特性獨特的生物學特性是一個品系、品種存在的基礎，在長期的研究過程中，在一些動物身上發現了所需要的不同于其他動物的生物學特性，進行定向選擇，將這些特性保留下來，成為今天為數眾多的品系、品種。每個品系、品種的生物學特性都有或多或少的差別。例如A品系，在經產鼠中高發乳腺腫瘤，對致癌物質敏感，易產生肺癌，老年鼠多有腎臟病變；AKR品系自發淋巴細胞白血病（60%-90%）；ICR品種繁殖能力強。作為品種、品系的條件

12作為品種、品系的條件

3.穩定的遺傳性能

作為一個品系，不僅要有相似的外貌特征，獨特的生物學特性，更重要的是要有穩定的遺傳性能，即在品系、品種自群繁殖時，能將其特性穩定地傳給后代。換言之，就是一個品系、品種必須具有一定的育種價值。

??????

13作為品種、品系的條件

4.共同的遺傳來源和一定的遺傳結構任何品系、品種都可追溯到其共同的祖先，并由此分支經選育而成，其遺傳結構也應是獨特的。

例如，KM小鼠Glo-l

位點為a基因，為單一型，而NIH小鼠在該基因呈多態分布，a、b型基因頻率分別為67％和33％。如果將上述兩個品種建立基因概貌就發現它們在基因概貌上的差異，而品種內這種差異是有限的。

14Mousefamilytree.PetkovPMetal.GenomeRes.2004;14:1806-181115第一節近交系動物

一、

近交系

1.

近交（Inbreeding）:即近親繁殖，是指一群體中有目的地選用遺傳學上血緣關系較近的雌雄個體，即有共同祖先的個體，進行交配。近交是培養近交系動物的必須手段，通過近交使一個種群遺傳基因達到接近完全純合程度，即所有同源染色體的相對位置都具有相同基因的狀態。16

2.

近交系(inbredstrain)：經過至少連續20代的全同胞兄妹交配培育而成，品系內所有個體都可以追溯到起源于第20代或以后的一對共同祖先。近交系的近交系數應當大于98.6%。17

5.近交系數：

近交系數是指個體由于近交而造成的異質基因減少時，同質基因或純合子的百分數。它反映了動物在不同代次的純化程度。

Felconer提出一個便于計算的公式：

Fn=1-(1-△F)n×100%。n表示近交代數，△F是每進一代的近交系數上升率。

例如：動物繁殖了10代，△F為19%，代入公式，則：F10=1-（1-0.19）10=1-(0.81)10=1-0.1216=0.8784=87.84%。也就是說當動物繁殖到第10代時，其純度可達到87.84%，還有12.16%是雜合的。

18代數F代數F10.250110.90820.375120.92630.500130.94040.594140.95150.672150.96160.734160.96870.785170.97480.826180.97990.859190.983100.886200.986Felconer近交系數表

19代數各種基因的比例合子（野鼠色）AA雜合子（野鼠色）Aa純合子（黑色）aa原始種群1/42/41/4兄妹交配下一代5/166/165/16兄妹交配下二代11/3210/3211/32妹交配下三代24/6416/6424/64兄妹交配20代以后50/100050/100近交引起的基因純合情況20

3.

近交類型：按近交的基因型分為純交、回交、互交和雜交。

純交(incrosses):相同基因型個體間的交配，下一代全部純合子

回交(backcrosses):純合子和雜合子間的交配。如AA×Aa，其結果下代中純合子、雜合子各占一半

互交(intercrosses):相同雜合子間的交配，后代中一半為雜合子，另一半中顯性純合子和隱性純合子各占1/2

雜交(crosses):親代不同的純合子間的交配如：A/A×a/a,子代的基因型為Aa,表現型為A21

4.近交系動物：

近交系動物又稱純系動物，采用近交方式培育出來的品系動物。其近交系數可達98.6%。近交系群內個體間遺傳差異小，不容易發生雜合基因分離。

每個近交系都有各自的遺傳組成和生物學特性，且在長期傳代以及世界各地分布后保持不變。

22

6.同源突變近交系、同源導入近交系、分離近交系：

同源突變近交系——一個近交系的某一基因位點上發生突變而分離出來的近交系亞系，它和原來近交系的差別只是發生突變的基因位點上帶有不同的基因，而其它位點上的基因完全相同（裸鼠）。

同源導入近交系——就是通過回交或回交兼互交等育種方法將一個基因導入到近交系中，由此形成一個新的近交系。

分離近交系——采用特定的交配方式，迫使一個或多個已知位點上的基因處于雜合狀態，從而培育成分離近交系。23同源突變近交系：由發生突變的近交系名稱后加突變基因符號，二者之間以連接后分開，如C57BL/6J-bg同源導入近交系：配系名稱；供系名稱縮寫；導入基因的符號；B10·129-H-2b分離近交系：在品系名稱后加連字號和雜合基因符號DW-dw/t24兄妹交配擴大繁殖群白標簽F1隨機交配兄妹交配兄妹交配擴大繁殖群綠標簽F2隨機交配擴大繁殖群黃標簽F3隨機交配擴大繁殖群紅標簽F4隨機交配

供實驗用繁殖雜交F1種用動物F1供實驗用紅綠燈生產體系基礎群維持25二、近交帶來的結果

1.基因純合性增加，降低雜合性：長期交配后，動物雜合性逐漸降低，純合性逐漸增高，基因位點由雜合子變為純合子，動物表現型趨向一致；

2.近交可將群體分離為不同基因型品系：原始種群經過近交分為若干近交系，在不同等位基因的不同位點變為純合子。263.近交衰退（缺點）：

近親交配所產生的后代常常出現生長、成活、生育、抗病、適應環境等能力的減退，這種現象稱為近交衰退。

原因:（1）隱性有害基因暴露

（2）多基因平衡的破壞

27很多哺乳動物在親緣之間能夠相互識別。女兒在性成熟之前遠離原社群，可以避免與父親交配，這就形成了熊貓社群內防止近親交配的機制。

2002年3月13日，德國波恩大學的動物學家們發布研究報告稱，蜜蜂能夠散發出一種特殊的氣味，這使得它們能夠避免近親交配和繁殖。在澳洲，有大約1/3的純種狗由于基因上的缺陷而患有各種疾病，從癥狀程度上較輕的臍疝氣到較嚴重的眼盲和腦部疾病，所見皆見。德國狼犬罹患髖關節疾病的機率高于金獵犬；洛威拿70%也患有相同的疾病。此外，有70%的牧羊犬患有基因問題造成的眼疾，且有10%導致失明，大麥町及白色牛頭犬則常有耳聾的毛病。28三、近交系動物的特點

1.基因純合性

基因純合性已達到98.6%，遺傳組成相同，后代保持純合子狀態，無暗藏的隱性基因。

2.遺傳穩定性

因為基因的高度純合，所以純合子基因可以穩定的遺傳給后代，個體遺傳變易發生在少量殘余基因或基因突變上，及時清除,可維持世代相傳。293.同源性

一個近交系內，所有動物都可追溯到其原始的一隊共同祖先，即同一品系內具有基本相同的遺傳組成和遺傳特點。這種遺傳的均質性可采用組織移植方法來檢測。304.表型均一性

相同基因型的動物，在相同的環境因素下，其表現型也是均一的，反應性也是一致的，任何遺傳的體癥都完全相同的。315.個體性不同近交系動物具有不同的遺傳組成，故不同品系各有不同生物學特征。每個品系在遺傳上都是獨特的，因此必須根據實驗的目的需要選擇動物。326.可分辨性

近交系群體內幾乎不再存在遺傳的多態性，每個位點只有一種基因類型，而不存在其他的等位基因，通過對各個位點進行遺傳監測，可以建立每個品系標準的遺傳概貌。337.分布的廣泛性

不同國家和地區的研究者可飼養和使用在遺傳上完全相同的標準近交系動物。近交系動物個體具有品系的全能性，任何個體均攜帶該品系的全部基因348.資料的可查性

已有相當數量的文獻記載各個品系的生物學特性，另外每一項研究又增加了該品系的應用資料，對于設計新實驗和解釋實驗結果提供了有價值的參考資料。35四、近交系動物的應用近交系動物與封閉群相比，個體之間極為一致，對實驗反應一致，實驗數據標準差較小，因此在實驗中實驗組和對照組都只需少量的動物。在某些涉及組織細胞或腫瘤移植的實驗中，個體之間組織相容性一致與否，是實驗成敗的關鍵，在這里，近交系動物成為必不可少的實驗動物。36由于近交，隱性基因純合性狀得以暴露，可以獲得大量先天性畸形及先天性疾病的動物模型，如糖尿病、高血壓等。這些動物家系清楚，取材方便，是進行基因連鎖分析、遺傳學、生理學和胚胎生物學研究的理想實驗材料。某些近交系具有一定的自發或誘發腫瘤發病率，并可使許多腫瘤細胞株在活體動物上傳代，這些品系成為腫瘤病因學、腫瘤藥理學研究的重要模型。多個近交系同時使用可使不同研究者分析不同遺傳組成對某項實驗的影響。37動物種類近交系數目小鼠大鼠地鼠豚鼠兔雞魚兩棲類3501114315204094各類實驗動物中已培育近交系的數目38六、近交系的命名

（一）近交系命名方法：

1.1-4個大寫英文字母表示：

如：A、AE、DBA、AKR

2.兩個大寫字母間加入1-2個阿拉伯數字，書寫時與英文字母平等，不可用下標形式：

如：C3H、C57BL393.非正規的命名：

129、101、615

4.近交代數：

A(F78)、AKR(F？+10)、

C57BL/Jnga(F73+26)

5.書寫品系時符號要寫全，應使用公布的全稱

不能隨便縮寫。

40AKRAKBALB/cCCBACBC3HC3C57BLBC57BL/6B6DBA/1D1C57BRBRC57BL/10B10DBA/2D2HRS/JHR國際上公認的品系縮寫41七、亞系（substrain）

1.定義：是由同一個近交系分離出來的具有各不相同的特性的品系。

原因：由于殘雜遺傳組成（雜合性）和突變而導致部分遺傳組成的改變。

422.亞系形成的途徑：

a在同一研究室里，從近交系中分離出來，從兄妹交配繁殖達8-19代之后分開飼養，不與其他品系混交，再兄妹交配12代以上。

b一個近交系從一個研究機構或研究者轉送另一機構

或研究者，經相當代數的飼養并與其他品系混交者。

c當發現有某種基因變異時，可培育成具有某些特殊

性狀的亞系動物。433.亞系命名方法

在原有品系名稱后面加一條斜線“/”，其后加上適當的亞系符號。

1）以人命、地名、機構名的縮寫為亞系符號，

如：A/He,C3H/An,A/Jax

2）以阿拉伯數字或英文小寫字母作為亞系符號，

如:C57BL/6,C57BL/1044八.支系(Subline):亞系內的小分類

一個近交系或亞系內部由于環境、母方的或細胞的差異；或者遺傳上出現明顯的差異，那么這個近交系或亞系內出現支系。

產生原因：

1.經過人為技術處置，如：卵子移植、人工喂養、代乳、卵或胚胎的冷凍；

2.種群轉移到新的保持者。45經人為技術處理形成的支系的命名：

在原品系名

1）加一小寫英文字母標明處理方式。

“e”受精卵或胚胎移植-C3HeB

2）“o”卵巢移植-C3HoB

3）“f”奶母代乳

DBA/1fB

4）“h”人工喂養(Handrearing)466）“p”冷凍保存(Freezepreservation)如：

C57BL/6pCBA/N

7）當去除或植入病毒等形成支系時，在品系后加一

橫線，以大寫的字母寫病毒名稱，最后加上“+”“－”,

C3H/He-MTV+。

8）由于環境變遷，亞系轉移到新的單位或保種人手

重而形成的支系，命名時在亞系后加“/”，寫上保

種單位或保種者的名稱。如：C57BL/6J/Lac.47近交系動物綜合表示法48

常用近交系動物

(一)小鼠：

1、BALB/c2、C3H

3、C57BL/64、DBA/2

5、6156、12949C3H50DBA/25152(二)大鼠

1、F344

2、SHR

3、BN

4.LEW

5.ACR5354雜交群和封閉群的特點

及其應用55一、概念

1.雜交群概念：

所謂群體是指生物的一個種、一個亞種、一個品系、品種或其它類群的所有成員之和。

雜交群：兩個近交系動物之間進行有計劃交配所獲得的第一代動物，稱為雜交群動物（Hybridstrain），簡稱F1動物，如AKR與DBA/2小鼠交配產生的AKD2F1。

雜交群動物

56

雜交F1動物不是一個品系動物或品種。因為它具有的特性不能遺傳給下一代，即不能自群繁殖成與雜交F1代相同基因型的動物。

F1代帶有許多雜合位點，在F2代時，會發生遺傳上的性狀分離和基因重組。繁殖時只能由兩個親本近交系雜交獲得。特點572.一般遺傳學F1與實驗動物F1的區別：

①一般F1是雜種，其個體之間差異很大，因為親本本身就是雜種，即經隨意交配繁殖的動物。

②實驗動物中的F1，雖然也是雜種，但個體之間卻很均一，從遺傳類型上看是異型接合體，它們個體之間雜合的一致，所以個體之間基本是相同的，且有非常清楚的遺傳背景和兩個親體的特征。

③在F1代動物生產中，兩個親體的互交情況表現為所用品系的性別。雖然是用同一樣的兩個近交系雜交，由于所用的雌雄不同，而出現差異。58二、

雜交群動物的命名及要求

1.命名：雜交動物是以兩個近交的名稱為基礎進行的，命名書寫時，雌本品系寫在前，雄本品系寫在后，以“×”連接，再寫上F1：

如：C3H/HE♀×AKR/J♂記為

C3HAKRF1或簡寫C3AKF1.

2.雜交的兩個親本品系必須是近交系動物，根據實驗進行有計劃的雜交。

3.雜交子代只能做實驗用，不能做種群。59三、雜交群(F1)動物的優點：

l

具有雜交優勢，生命力強，適應性和抗病力強，繁殖旺盛，可以克服近交衰退現象。

l

具有與純系動物相似的遺傳均質性，遺傳穩定，表現型一致。

l

具有親代的特點。

l

國際分布廣泛，便于交流。

60四、應用

1.干細胞研究（外周血干細胞）

2.移植免疫研究（移植物抗宿主反應）

3.細胞動力學研究

4.單克隆抗體研究（BALB/C和CBA雜交F1代）61雜交群動物的特點

雜種一代有許多優點，在某些方面比近交系更適用于研究。雜交優勢：雜種一代具有較強的生命力，對疾病的抵抗力強，壽命較長，容易飼養，適用于攜帶保存某些有害基因和長時間的慢性致死實驗，也可作為代乳動物以及卵、胚胎和卵巢移植的受體。遺傳和表型上的一致性：就某些生物學的特征而言，雜種一代比近交系動物具有更高的一致性，不容易受環境因素變化的影響，廣泛地適用于營養、藥物、病原和激素的生物評價。62具有同基因性：雜交F1雖然具有雜合的遺傳組成，但其可接受不同個體乃至接受兩個親本品系的細胞、組織、器官和腫瘤的移植，適用于免疫學和發育生物學等領域的研究。例如單克隆抗體研究一般都用BALB/c品系小鼠，由此獲得的雜交瘤細胞注入該小鼠腹腔后即可產生腫瘤，同時產生高效價抗體的腹水。如采用BALB/c和其它近交系F1代小鼠作單克隆抗體制備，所產生的高效價抗體腹水量比單獨用BABL/c小鼠要多。作為某些疾病研究的模型：例如NZB×NZWF1是自身免疫缺陷的模型，C3H×IFF1為肥胖病和糖尿病的模型。雜交群動物的特點63二、常用雜交群小鼠

1.AKD2F1AKR×DBA2

2.BA2GF1C57BL×A2G3.

3.BCF1C57BL×BALB/C

4.BCBAF1C57BL×CBA

5.B6AF1C57BL/6×A

6.BC3F1C57BL×C3H

7.B6D1F1C57BL/6×DBA/1

8.CAKF1BALB/c×A

9.CAKF1BALB/c×AKR64封閉群的特點

及其應用

65一、概念：

封閉群：以非近親交配方式進行繁殖生產的一個實驗動物種群，是在不從其它外部引入新個體的條件下，至少繁殖4代以上的群體，就稱為封閉群，也稱遠交系。

66二、封閉群的形成和維持

1.保持一定的種群數量。

如系來源于近交系的封閉群，雖然對繁殖群的大小不做特殊規定，但應采取在群體內不產生隔離狀態的方法繁殖。

如系來源于非近交系的封閉群，應經常保持群體的有效大小，一般為50只以上，同樣采取群內不產生隔離狀態的方法繁殖。

2.

5年內不引進新的血緣。

67三、封閉群動物的特點及其應用

（一）特點

1.保持一定的雜合性

不從外部引進新基因，同時進行隨機交配，不讓群體內基因丟失，以保持封閉群一定的雜合性。

2.保持相對穩定性

封閉狀態和隨機交配使群體基因頻率基本保持穩定不變，從而使群體在一定范圍內保持穩定不變。68

3.繁殖力、抗病力強封閉群動物不論來自近交系或非近交系，其繁殖方式均采用隨機交配，以保持其雜合性，因此，封閉群動物的繁殖力和抵抗力均超過近交系。

4.群體中存在有模型價值的突變基因封閉群中存在個別突變基因的突變種，這些突變可能以純合或雜合的形式存在于群體中，應注意研究突變基因在封閉群中的保存和遺傳規律。

5.

個體差異的大小取決于祖代若祖代為一般雜種動物，則個體差異較大，若祖代來自同一品系的近交系動物，則差異較小。

69（二）應用

1.封閉群動物具有與人類群體相似的遺傳異質性，在生物醫學研究中具有不可替代的作用。主要應用于人類遺傳學研究、藥物篩選和毒性實驗。

2.繁殖能力、生存能力等都很強，易于獲得，因此常用于教學實驗、預實驗和無特殊要求的實驗。

70四、常用封閉群動物

小鼠：KM、NIH、LACA、ICR

大鼠：SD、Wistar

豚鼠：Dunkinhartlon

兔：大耳白、青紫蘭、新西蘭

71

突變系動物及應用

一、基因突變

1.

遺傳與變異是生物普遍存在的生命現象。

2.

生物的遺傳具有保守性，子代基本上能穩定地繼承祖先的性狀。

二、突變系動物：

通過自然突變和人工定向誘導突變的方法，使正常染色體基因發生了變異的，并具有各種遺傳缺陷的動物。72可見突變：可在生物的表現型上看出來；

2.

生化突變：某個特定的生化功能喪失；

3.致死突變：顯性致死和隱性致死；

4.條件致死突變：某些條件下能成活，而在另一些條件下是致死的。

三、突變類型73四、突變機制：DNA分子上堿基發生變化

1）通過自然突變；

2）人工定向突變的方法。例如：應用基因敲除（敲入）技術或轉基因技術，改變動物的遺傳物質，以期獲得某種符合人們要求的動物，這種動物所具有的特殊形狀和特征，能夠穩定遺傳下來。74五、突變系動物特征及應用

（一）常用的突變品系

1.

肌肉萎縮癥（Dytrophia

Muscularis,dy）

大約出生兩周后可見后肢拖地，表現出進行性肌衰弱和廣泛性肌萎縮。病鼠出生時是活的，但只有少數病鼠能存活10周以上。

75

2.

肥胖小鼠(Obese,簡稱ob)

肥胖小鼠體重可達60g，這種小鼠無生育能力表現為單純肥胖而不伴有糖尿病。純合體大約在四周齡時即可識別出，此時其增重加速，很快可達到正常同窩鼠體重的3倍。中等程度的攝食過度可使其幾乎不太活動。763.

侏儒癥(DwarfMice,簡稱dw)因其缺乏腦下垂體前葉的生長素和促甲狀腺激素，故使生長發育障礙，到成熟年齡時，其體積約為同窩鼠的1/4，8周齡時，體重為8-10g，表現為短尾斷鼻。774.

糖尿病小鼠(Deabeses,簡稱db)小鼠3-4周齡時，腋和腹股溝皮下組織出現脂肪的異常沉積，此時血糖升高，臨床表現為肥胖、高血糖、糖尿、蛋白尿、煩渴、多尿，最后可因酮尿而死亡。死后變化包括胰島細胞中具有很少的顆粒和胰管腫脹。785.

白內障小鼠(Catract，簡稱cat）10日齡至14周齡時晶狀體渾濁，還會發生晶狀體液化和核的上超咬合，當Cat呈雜合狀態時出現白內障，這種性狀在一般情況下很容易觀察到，可作為眼科的動物模型。79（二）免疫缺陷動物

1.定義：由于先天性遺傳突變或人工方法造成

一種或多種免疫系統組成成分缺陷的動物。

2.分類：自發性免疫缺陷動物誘發性免疫缺陷動物

80實驗動物遺傳學質量標準化管理1.實驗動物遺傳學控制標準即基因的純合程度，實驗動物遺傳學質量標準化重點在于近交系動物。實驗動物無論是一級、二級、三級和四級，只要是近交系動物都要求沒有基因的污染和遺傳漂變。2.保持近交系動物遺傳學質量標準化的主要措施有：按近交系動物繁殖規定進行引種、維持和生產、建立常規遺傳監測制度。81相同基因型與不同基因型動物特性的比較特征相同基因型不同基因型近交系雜交群F1封閉群非遺傳限