第二

章

實驗動物的遺傳學控制

第一節實驗動物按遺傳學控制分類第二節實驗動物的繁育體系第一節實驗動物按遺傳學控制分類

根據自然分類法，生物可分為兩大界，即動物界和植物界。界（Kingdom）以下分為門（Phylum）、綱（Class）、目（Order）、科（Family）、屬（Genus）、種（Species）等。

除此之外還可用亞門、亞綱、亞目、亞科、亞屬、亞種，變種等來表示更細的分類等級。隨著實驗動物科學的進展，實驗動物的分類方法愈來愈細，也更加科學化，通過了解下面的幾種分類方法，同時可扼要地了解實驗動物的來源和發展情況。

實驗動物是具有明確遺傳背景并受嚴格遺傳控制的遺傳限定動物。根據其遺傳特點的不同，分為近交系、突變系、封閉群和雜交群。

一、近交系動物

(一)定義近交系(inbredstrain)是指至少連續20代的全同胞兄妹交配培育而成，品系內所有個體都可追溯到起源于第20代或以后代數的一對共同祖先。

經連續20代以上親代與子代交配與全同胞兄妹交配有等同效果。

近交系數(inbreedingcoefficient)應大于99％。近交程度：種系中純合性的程度通常以近交系數（F）和血緣系數（R）來表示：

近交系數——也就是一個種系的個體中，將基因的純化程度用百分比來表示；

血緣系數——是將群體中個體之間基因組成的相似程度用數值來表示。

F值和R值隨近交繁殖連續的代數而遞增。

(二)近交系命名

近交系一般以大寫英文字母命名，亦可以用大寫英文字母加阿拉伯數字命名符號應盡量簡短。如A系、TA1系等。

(三)近交代數

近交系的近交代數用大寫英文字母F表示。例如，當一個近交系的近交代數為87代時，寫成(F87)。

(四)亞系

1．定義亞系(substrain)是指一個近交系內的各個分支的動物之間，已經發現或十分可能存在遺傳差異。通常下述3種情況會發生亞系分化：

(1)在兄妹交配代數達40代以前形成的分支(即發生于F20到F41之間)。

(2)一個分支與其他分支分開繁殖超過100代。

(3)已發現一個分支與其他分支存在差異。產生這種差異的原因可能是殘留雜合、突變或遺傳污染(geneticcontamination)，即一個近交系與非本品系動物之間雜交引起遺傳改變。由于遺傳污染形成的亞系通常與原品系之間遺傳差異較大，因此對這樣形成的亞系應重新命名。

2．亞系的命名亞系的命名方法是在原品系的名稱后加一道斜線，斜線后標明亞系的符號。

亞系的符號有以下3種：

(1)數字，如DBA／1、DBA／2等。

(2)培育或產生亞系的單位或人的縮寫英文名稱，第一個字母用大寫，以后的字母用小寫。使用縮寫英文名稱應注意不要和已公布過的名稱重復。例如：A／He，表示A近交系的Heston亞系；CBA／J表示由美國杰克遜研究所保持的CBA近交系。

(3)當一個保持者保持的一個近交系具有兩個以上的亞系時，可在數字后再加保持者的縮寫英文名稱來表示亞系。如：C57BL/6J，C57BL/10J分別表示由美國杰克遜研究所保持的C57BL近交系的兩個亞系。例外情況是一些建立及命名較早，并為人們所熟知的近交系，亞系名稱可用小寫英文字母表示，如BALB/c、C57BR/cd等。

(五)近交系的特征及應用

1．特征

(1)基因位點的純合性：近交系動物中任何一個基因位點上純合子的概率高達99％，因而能繁殖出完全一致的純合子，品系內個體相互交配不會出現性狀分離。

(2)遺傳組成的同源性：品系內所有動物個體都可追溯到一對共同祖先，也就是說同一個品系內每只動物的個體在遺傳上都是同源的，基因型完全一致。(3)表型一致性：(4)長期遺傳穩定性：(5)遺傳特征的可分辨性：(6)遺傳組成的獨特性：(7)分布的廣泛性：(8)背景資料的完整性：近交可引起近交衰退：

親緣接近的交配所產生的后代常常會出現生長、成活、生育、抗病、適應環境等能力的減退，這種現象稱之為近交衰退，如何克服和解決這個問題，是培育近交系動物的關鍵所在。

很多學者認為，較大動物的純種培育很難獲得成功。例如犬和貓連續兄妹交配20代需經20年左右。雞和兔亦也花費較長時間。但目前畢竟因研究上的特別需要，已培育出兔、犬、貓、雞、羊、豬等的若干近交系。

有些學者提議：禽類和兔的血緣系數達到80%以上時（相當兄妹交配四代），即可稱為近交系。

2．應用

根據近交系動物所具備的特點，已廣泛應用于生物學、醫學、藥學等領域的研究中。

(1)近交系動物的個體具有相同的遺傳組成和遺傳特性，對試驗反應極為一致，因此在試驗中，只需少量的動物，即可得到非常規律的試驗結果。

(2)近交系動物個體之間組織相容性抗原一致，異體移植不產生排斥反應，是組織細胞和腫瘤移植試驗中最為理想的材料。

(3)每個近交系都有各自明顯的生物學特點，如先天性畸形、腫瘤高發率、對某些因子的敏感和耐受等，這些特點在醫學領域非常重要。

(4)多個近交系同時使用不僅可以分析不同遺傳組成對某項實驗的影響，還可觀察實驗結果是否有普遍意義。

近交系縮寫名稱

C57BL／6B6BALB／cCDBA／2D2C3HC3CBACB

(六)其他近交系類型

1．重組近交系(recombinantinbredstrain，：由兩個近交系雜交后，經連續20代以上兄妹交配育成的近交系。

2．同源突變近交系同源突變近交系(Coisogenicinbredstrain)：兩個近交系除了在一個指明位點等位基因不同外，其他遺傳基因全部相同系。同源突變系一般皆由近交系發生基因突變而形成。

3.同源導入近交系(同類近交系)

通過雜交—互交或回交等方式將一個基因導入到近交系中，由此形成的一個新的近交系與原來的近交系只是在一個很小的染色體片段上的基因不同，稱為同源導入近交系(congenicinbredstrain)，簡稱同源導入系(同類系)。二、封閉群(遠交群)

1．定義以非近親交配方式進行繁殖生產的一個實驗動物種群，在不從其外部引入新個體的條件下，至少連續繁殖4代以上，封閉群亦稱為遠交群(closedcolonyoroutbredstock)。

2．命名封閉群由2～4個大寫英文字母命名，種群名稱前標明保持者的英文縮寫名稱，第一個字母需大寫，后面的字母小寫，一般不超過4個字母。保持者與種群名稱之間用冒號分開。例如，N：NIH表示由美國國立衛生研究院保持的NIH封閉群小鼠。例如，N：NIH表示由美國國立衛生研究院保持的NIH封閉群小鼠。

3．特征及應用

具有很高雜合性，在遺傳學上可作為實驗基礎群體，研究某些性狀遺傳力；攜帶大量隱性有害基因，用于估計群體對自發和誘發突變的遺傳負荷能力；有與人類相似的遺傳異質性的遺傳組成，因此在人類遺傳研究、藥物篩選和毒性試驗等方面起著不可替代的作用；具有較強繁殖力，產仔多，胎間隔短，仔鼠死亡率低，生長快，成熟早，抵抗力強，壽命長，生產成本低等優點。因而廣泛應用于預試驗、學生教學等實驗中。封閉群因為保持了相當程度的雜合性，從而避免了近交衰退的出現。所以，其生活力、生育力都比近交系強，具有繁殖率高等遺傳學的特點，因此封閉群動物可以大量生產。目前國內外實驗動物的使用，以小鼠為例，大部分是近交系和封閉群。而從使用量上來看封閉群遠遠超過近交系。例如Wistar大鼠、昆明種（瑞士種）小鼠、青紫

兔、新西蘭白兔、大耳白兔、豚鼠等均屬此類。

常用的封閉群動物

三基因突變動物

基因突變動物在遺傳學上不是一個單獨的遺傳類別，它涉及近交系和封閉群兩類動物。

基因突變發生在近交系即為同源突變近交系；

基因突變發生在封閉群，即為封閉群突變種。

突變品系主要表現研究應用肌萎縮癥（dy）小鼠進行性肌衰弱和廣泛性的肌萎縮肌萎縮癥、肌肉營養障礙癥肥胖癥小鼠（ob）和大鼠（fa）肥胖，飲食多，血胰島素高肥胖癥侏儒癥（dw）小鼠矮小畸形、短尾、短鼻、繼發性粘液性水腫內分泌如生長素和促甲狀腺素研究糖尿病小鼠（db）和大鼠（di）肥胖并糖尿病、高血糖、蛋白尿、煩渴遺傳性糖尿病骨骼硬化癥（op）小鼠

骨質硬化，骨髓消失人骨髓硬化癥貧血小鼠和大鼠多種貧血貧血白內障（Cat）大鼠

白內障眼科常用的突變品系突變品系主要表現研究應用尿崩癥（di)大鼠多尿，低滲透壓遺傳性下丘腦尿崩癥血膽紅素過多癥（黃疸）（Jaudice,j）大鼠黃疸嬰兒的先天性血膽紅素過多綜合征色素瘤性視網膜炎大鼠視網膜發育后期即開始的光感受細胞的進行性喪失人類的色素瘤性視網膜炎無脾（As）小鼠脾臟完全缺如脾臟功能、血吸蟲病視網膜退化（rd）鼠

進行性視網膜硬化，有色素沉著及視網膜血管閉鎖人類的色素性視網膜炎針尾（Pt）突變鼠椎間盤逐齡產生快速退化人類的椎間盤突出癥自發性高血壓大鼠（SHR）自發性高血壓高血壓癲癇突變型大鼠發作癲癇人類癲癇病多種免疫缺陷小鼠無T細胞或無B細胞或無T、B細胞或無K細胞或無T、B、K細胞或無巨噬細胞免疫、血液病、器官移植、腫瘤、病毒等

其它還有各類突變模型動物先天性畸形、各種腎異常、巨結腸小鼠、睪丸雌性化或假兩性畸形大鼠、隱睪癥、新西蘭高血壓大鼠、各種神經麻痹、各種中樞神經異常、苯丙酮酸尿癥、自身免疫性疾病、無毛小鼠、裸小鼠、裸大鼠等。

3．應用突變系動物有與人相似的疾病表現，各種突變系動物是研究遺傳病、免疫性疾病和腫瘤的主要試驗材料。突變系動物所攜帶的突變基因通常導致動物在某些方面的異常，從而可成為生理學、胚胎學和醫學研究的模型。四、雜交群

1．定義由不同品系或種群之間雜交產生的后代稱為雜交群(Hybrids)。用于實驗研究的雜交群是指兩個近交系之間交配所繁殖的子一代動物，簡稱Fl代動物。

2．命名雌性親代名稱X雄性親代名稱，將以上部分用括號括起．再在其后標明雜交代數。對品系或種群的名稱可使用通用的縮寫名稱。例如：（C57BL／6XDBA／2)Fl＝B6D2Fl3．特征及應用

1)特征近交系動物生活力、對疾病的抵抗力以及對慢性實驗的耐受性都較差，對環境變異的適應能力也不強，而且也較難繁殖和飼養。而F1具有雜交優勢，對長期實驗的耐受能力較強，由環境因素所引起變異的可能性也較純系要小。此外，F1代動物與近交系動物一樣，具有遺傳均一性，且生活力強，從一親代獲得隱性有害基因與另一親代獲得的顯性有利基因組合，顯性有利基因的作用掩蓋隱性有害基因的作用，呈現雜種優勢。

雜交一代具有許多優點，在某些方面比近交系更適合于科學研究。主要表現在以下幾點：

(1)遺傳和表型上的均質性：雖然它的基因不是純合子，但表型一致。

(2)雜交優勢：具有較強的生命力、適應性和抗病力強、繁殖旺盛、壽命長、容易飼養等優點，在很大程度上可以克服各種近交衰退現象。

(3)具有同基因型：雜交F1代雖然具有雜合的遺傳組成，但個體間其基因型是整齊一致的，具有親代雙親的特點，可接受不同個體乃至兩個親本品系的細胞、組織、器官和腫瘤的移植。

(4)國際上分布廣泛：已廣泛用于各類實驗研究，實驗結果便于在國際間進行重復和交流.第二節實驗動物的繁育體系

一、封閉群的繁育體系

1．隨機交配的意義和應用所謂隨機交配是指在一個有性繁殖的生物群體中，任何一個雌性或雄性的個體與任何一個相反性別的個體交配的概率都相同。對于一個隨機交配的群體而言，其基因頻率和基因型頻率總能保持恒定。

為盡量保持封閉群動物基因的異質性及多態性，避免隨繁殖代數增加導致近交系數的過快上升，應對封閉群動物采取隨機交配的繁育體系。

2．隨機交配的方法將群內雌雄動物分別編號，按照數學表或其他隨機方法進行配對，但要排除近親配對，盡可能不安排三代以內近親交配，留種時，每對均要按要求保留雌雄動物，以保持一定的群體數量。

3．封閉群動物的維持與生產

(1)引種原則：作為原種的封閉群動物遺傳背景必須明確，來源清楚，有較完整的資料，引種數量要足夠多，小型嚙齒類封閉群動物引種數目一般不能少于25對。

(2)繁殖原則：封閉群動物應保持足夠數目的種群作為核心群，同時根據實際需要確定生產繁殖群的大小。要選用恰當的繁殖方法，確保群體每代近交系數上升不超過百分之一。

2．近交系繁育的基本方法

(1)單線法：每代通常選用3—4對種鼠，但僅有一對向下傳遞，生產的種鼠個體均一，選擇范圍小。只有單線的子代，有斷線的可能。

(2)平行線法：有3～5根平行的向下傳遞線，每根線每一代留1對種，選擇范圍大，但線與線間不均一，易發生分化。

(3)選優法：每代常有6～8對種鼠，通常選擇2～3對向下傳遞，系譜常呈樹枝狀。

向上追溯4～6代通常能找到一對共同祖先。它兼有以上兩個體系的優點。

單線法平行線法選優法圖2-1近交系的繁育方法

3．近交系的繁育體系

近交系動物常采用紅綠燈繁育體系(圖2-2)，將近交系動物可分為基礎群(foundationstock)、血緣擴大群(pedigreeexpansionstock)和生產群(productionstock)。

(1)基礎群：目的是保持近交系自身傳代繁衍及為擴大繁殖和生產提供動物，嚴格以全同胞兄妹交配繁殖，設個體記錄卡，包括品系名稱，近交系代數，動物編號，雙親編號，出生、離乳、交配日期、生育記錄等，要建立繁殖系譜。

(2)血緣擴大群：血緣擴大群的種用動物來自基礎群，使用全同胞交配方式進行繁殖，設個體繁殖記錄卡。

(3)生產群：生產群的目的是生產供應實驗用近交系動物，其種群用動物來自基礎群或血緣擴大群。一般以隨機交配的方式進行繁殖，設繁殖記錄卡，隨機交配繁殖代數一般不超過4代。

圖2—2紅綠燈繁育體系

4.雜交一代的繁育體系

雜交一代(F1)動物親代來自兩個不同的近交系，全部作試驗用。應選擇具有優勢遺傳特性的品系或符合試驗要求的品系進行雜交。三、重組近交系的繁育體系

重組近交系的培育是兩個近交系雜交生育的雜交一代，雜交一代互交生育出雜交二代，從雜交