第二章--实验动物的遗传学控制课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,19 十一月 2024,第二章 实验动物的遗传学控制,22 九月 2023第二章 实验动物的遗传学控制,1,第一节 概述,一、实验动物在动物分类学上的位置,在分类学上，根据动物的解剖、外形、生理生化等相似程度，在界的下面再依次分为门、纲、目、科、属、种六个基本阶元。,以小鼠为例,界（Kingdom）动物界,门（Phylum）脊椎动物门,纲（class）,哺乳动物纲,目（order）啮齿目,科（family）鼠科,属（genus）小鼠属,种（species）小鼠种,第一节 概述一、实验动物在动物分类学上的位置以小鼠为例,2,常用哺乳类实验用动物分类学地位,目的名称,动物名称,贫齿目Edentata,犰狳,食虫目Insectivora,刺猬、鼩鼱、鼹鼠,翼手目Chiroptera,蝙蝠,灵长目Primates,猕猴、狨猴、树鼩,兔形目Lagomorpha,兔、鼠兔,啮齿目Rodentia,大鼠、小鼠、豚鼠、金黄地鼠、旱獭、黑线仓鼠、棉鼠、长爪沙鼠、,鲸目Cetacea,须鲸、齿鲸、白鳍豚,食肉目Carnivore,猫、犬、鼬,鳍足目Pinnipedia,海豹,长鼻目Proboscidea,亚洲象,奇蹄目Perissodactyla,马、驴、骡、犀牛,偶蹄目Artiodactyla,牛、羊、鹿、猪,常用哺乳类实验用动物分类学地位目的名称动物名称贫齿目Eden,3,二、种、品种与品系的概念,种（Species）：是生物分类学上的基本单位，由自然选择形成。,在一般情况下，同种动物能共同生活、交配、繁衍后代，而异种动物之间存在生殖隔离，即使相近种的动物交配产仔，其后代也没有繁殖能力。,各种实验动物虽然来源于其野生型祖先，但它们已经经过人工长期选择、驯化与培育，与其祖先有着极为显著的差异，如实验小鼠、大鼠等在遗传概貌、生活习性等方面不同于其野生型。,特别是遗传工程动物，可以说在某种程度上是,“,人造动物,”,。,二、种、品种与品系的概念,4,品种（stock）：是种以下的非自然分类单位，由人工选择和定向培育出来的，具有某些生物学特性，能稳定遗传。,品系（strain）：是实验动物分类学上的专用名词，采用一定的交配方式繁殖且祖先明确的动物群。,品系的,三大特征：,独特的生物学特性，相似的外貌特性，稳定的遗传特性。,品种（stock）：是种以下的非自然分类单位，由人工选择和定,5,三、实验动物按遗传学控制的分类方法,按遗传学控制分类，可将实验动物分为：,近交系,封闭群（远交系）,杂交群,不同类别动物其交配和保种方式不同。,三、实验动物按遗传学控制的分类方法,6,第二节 近交系动物,什么是近交？什么是近交系？,近交(inbreeding),即近亲交配。从一个动物群体中有意识地选用血缘关系比较接近的雌雄个体进行交配。,近亲交配有三种形式：兄妹交配、母子交配和父女交配，最常用的形式是全同胞兄妹交配。,近交系(inbred strain）,是指采用连续全同胞兄妹交配（brother-Sister inbreeding）20代以上而培育成的动物。,近交系动物因其基因型高度纯合，等位基因趋于完全一致，,近交系数,可达98.6%，,血缘系数,达99.6%，个体间差异极小，因而用于实验重复性好，对各种刺激反应均一，实验结果准确。,第二节 近交系动物什么是近交？什么是近交系？,7,近交系数：,是指在近亲交配情况下各代减少异质基因/增加纯合基因的百分数。,近交系数的计算公式：,Fn=1,（1,F）,n,代数,F,代数,F,0,0,11,.908,1,.250,12,.926,2,.375,13,.940,3,.500,14,.951,4,.594,15,.961,5,.672,16,.968,6,.734,17,.974,7,.785,18,.979,8,.826,19,.983,9,.859,20,.986,10,.886,血缘系数：,一个群体中个体之间基因组成的相似程度用数值来表示。,近交系数：是指在近亲交配情况下各代减少异质基因/增加纯合基因,8,（二）近交系命名,由于近交系动物品系繁多，命名颇为杂乱。国际上已规范近交系动物的命名，其规则是根据动物的来源、历史和培育经过，以一系列字母和数字作为品系代码（strain code）来表示。,1.以一个或数个大写英文字母表示，如A、DBA等。,2.大写英文字母加数字命名，如C57BL、C3H。,3.用数字表示，如129、615等。,有时还标注近交代数。通常在品系代码后加括号，先写,“,F,”,，后写代数；如615(F25)表示615小鼠，近交代数为第25代。,（二）近交系命名,9,亚系（Substrain)：,亚系的概念和形成原因,近交系的亚系分化是指一个近交系内各个分支的动物之间，已经发现或十分可能存在遗传差异的现象。,通常下述三种情况会发生亚系分化。,在兄妹交配代数达 40 代以前形成的分支（即分支发生于 F20至F40 之间）；,从共同祖先分开 20 代以上，因突然变异和遗传漂变导致品系内遗传分化；,经遗传分析已发现一个分支与其他分支存在遗传差异。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）。,亚系（Substrain)：,10,亚系命名：,品系名称后加斜线、数字和培育者的缩写。,近交系、亚系综合命名法实例：,C57BL/6J：C代表Cold Spring Harbor Laboratory(冷泉港实验室)，57为第57号雌鼠，BL即Black(黑色)，6为亚系，J代表Jackson(杰克逊)实验室。,亚系命名：,11,常用近交系缩写符号,品系全称,缩写符号,BALB/c,C,C57BL,B,C57BL/6,B6,C57BL/10,B10,C57BR,BR,C3H,C3,CBA,CB,DBA/1,D1,DBA/2,D2,AKR,AK,R,R3,HRS/J,HR,常用近交系缩写符号品系全称缩写符号BALB/cCC57BLB,12,几种特殊类型的近交系,1.重组近交系（recombinant inbred strain，RI）,由两个近交系杂交后，再经连续20代以上兄妹交配培育成的近交系，称为重组近交系。,命名：,亲代近交系,X,亲代近交系,如：C,X,B1、C,X,B2,近交系A近交系B,F1代兄妹交配,兄妹交配,连续20代以上,几种特殊类型的近交系1.重组近交系（recombinant,13,几种特殊类型的近交系,2.重组同类系（recombinant congenic strain，RC）,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交（通常回交2次），再经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,两个亲代近交系的中间加小写英文字母c，受体近交系在前，供体近交系在后。,如：C,c,S1,近交系A近交系B,F1代近交系A,子代近交系A,兄妹交配,大于14代,几种特殊类型的近交系 由两个近交系杂交后，子代与两个亲,14,3.同源突变近交系（coisogenic inbred strain）,指两个近交系除了在一个确定位点等位基因不同外，其它遗传基因全部相同。,命名：,发生突变的近交系-突变基因,如：C57BL/6J-,bg,BALB/c,-nu/nu,裸鼠,几种特殊类型的近交系,3.同源突变近交系（coisogenic inbred st,15,4.同源导入近交系（Congenic inbred strain）,是指通过杂交-互交和回交的方式将个体的一个基因导入到近交系中，由此形成一个新的近交系。这个新的近交系与原来的近交系只是在一个很小的染色体片段上的基因不同。,命名：,接受基因的近交系.提供基因的近交系-基因名称,如：B10.129-,H-12b,几种特殊类型的近交系,4.同源导入近交系（Congenic inbred stra,16,A系肿瘤,A系（肿瘤易感）,B系（肿瘤抵抗）,代次,0,1,2,3,4,14,+,+,+,+,A系（肿瘤抵抗）,Snell培育同源导入近交系,（isogenic resistant line）,A系肿瘤A系（肿瘤易感）B系（肿瘤抵抗）代次0123414,17,思考：,在饲养繁殖中发现一只无毛小鼠，已知无毛基因hr/hr是隐性基因，根据Snell发明的基因导入原理，如何将此基因导入到C57BL/6J小鼠体内？,C57BL/6J,无毛小鼠,代次,0,1,2,3,4,14,+,+,+,-,+,-,+,+,5,思考：在饲养繁殖中发现一只无毛小鼠，已知无毛基因hr/hr是,18,近交系动物的培育,原始材料的选择,从野生动物中选择,从现有的各种近交系、封闭群、杂交群中选择,近交系动物的培育 原始材料的选择,19,近交系小鼠的培育示意图,雌雄一对，可以传代。,子代死胎、流产或不育，不能传代。,近交系小鼠的培育示意图雌雄一对，可以传代。子代死胎、流产或不,20,近交后引起的变化,近交可以降低基因的杂合性，增加纯合性,近交可以使突变的隐性杂合基因暴露,近交可将群体分离为不同基因型的近交品系,近交可引起近交衰退,近交后引起的变化近交可以降低基因的杂合性，增加纯合性,21,近交系保种和生产流程图,B S,B S,B S,B S,或,随机,交配,随机,交配,核心群,增殖群,生产群,供 实 验 用,近交系保种和生产流程图B SB SB SB,22,近交系动物的特点,1.基因的纯合性（近交系动物的每个个体）,2.遗传组成的同源性（一个近交系动物的所有个体）,3.遗传组成的独特性（不同近交系比较）,4.遗传特征的可辨别性（不同近交系比较）,5.遗传的稳定性（所有近交系）,6.表现型的一致性（同一近交系个体间）,7.背景资料的可查性,8.国际分布的广泛性,近交系动物的特点 1.基因的纯合性（近交系动物的每个个体）,23,1.对某一实验刺激的反应缺乏普遍性。,2.对环境适应能力差。,3.生长发育慢，繁殖力差。,近交系动物的缺点,1.对某一实验刺激的反应缺乏普遍性。近交系动物的缺点,24,近交系动物的应用,应用最广泛的是近交系小鼠，其次是近交系大鼠。,常用的近交系小鼠有：BALB/c、C57BL/6、DBA/1、DBA/2、C3H等。,常用的近交系大鼠有：Wistar、F344等。,近交系豚鼠、兔的品系很少。,广泛应用于遗传学、免疫学和肿瘤学等研究领域。,近交系动物的应用应用最广泛的是近交系小鼠，其次是近交系大鼠。,25,第三节 封闭群动物,定义：,封闭群（closed colony）,是指以非近亲交配方式进行繁殖生产的一个种群，在不从外部引入新个体的条件下，至少连续繁殖4代以上的动物群体。,-从群体角度,远交系(Outbred stock)：,同一种群内无血缘关系的个体之间随机交配所产生的后代称为远交系。,-从个体角度,第三节 封闭群动物定义：,26,由于封闭群动物采用随机非近亲交配的方式，它的遗传组成比较接近于自然状态下的动物群体结构。,在引种和饲养繁殖时，应注意封闭群的“有效群体大小”。有效群体数量太小，导致该群体近交系数上升。,国际实验动物科学委员会规定封闭群动物每代近交系数增加不能超过1%，因此种群至少要达到,25对(50只),以上。,封闭群：,小鼠：KM、ICR、NIH、Laca,大鼠：SD（Sprague-Dawley）、Wistar,由于封闭群动物采用随机非近亲交配的方式，它的遗传组成比较接近,27,封闭群的繁殖方法,封闭群采用循环交配法。最常用的是三级循环交配，即将种群分为A、B、C组，在留取种群繁殖下一代时，把不同组留取的和种鼠组合进行交配。交配组合图如下所示：,新,A,B,C,B,C,A,C,A,B,A,B,C,A,B,C,原种群,新种群,封闭群的繁殖方法新ABCBCACABABCABC原种,28,封闭群的特点及应用,封闭群动物的特点,1.保