实验动物遗传学及质量控制精要.ppt

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1、第二讲第二讲实验动物遗传学及质量控制实验动物遗传学及质量控制 第一节第一节 遗传学分类遗传学分类 第二节第二节 近交系动物近交系动物 第三节第三节 封闭群动物封闭群动物 第四节第四节 杂交杂交F1代代动物动物 第五节第五节 遗传质量监测遗传质量监测实验动物具有明确遗传背景并严格遗传控制的动物，实验动物具有明确遗传背景并严格遗传控制的动物，遗传因素会遗传因素会对实验结果的干扰对实验结果的干扰，甚至通过改变实验动物的遗传结构，使，甚至通过改变实验动物的遗传结构，使某些某些特定实验特定实验能顺利开展。很多生命科学的研究，要求实验动物的遗能顺利开展。很多生命科学的研究，要求实验动物的遗传结构有较高的传

2、结构有较高的同一性、稳定性和纯合度同一性、稳定性和纯合度。这就提出了实验动物。这就提出了实验动物的遗传质量和监测的问题。的遗传质量和监测的问题。目前，实验动物已目前，实验动物已培育培育出众多不同品种和品系的动物，如近交系、出众多不同品种和品系的动物，如近交系、突变系、封闭群等等。突变系、封闭群等等。为什么实验动物要遗传学及质量监控为什么实验动物要遗传学及质量监控？20世纪世纪50年代年代,罗歇尔罗歇尔(Russel)和布鲁克和布鲁克(Bruch)：发育环境发育环境 周围环境周围环境 基因型基因型 表现型表现型 演出型演出型 动物的基因型、表现型、演出型与环境之间的关系模式动物的基因型、表现型、

3、演出型与环境之间的关系模式 实现实验动物标准化实现实验动物标准化应从控制实验动物的遗传、应从控制实验动物的遗传、微生物和寄生虫、营养、环境等四方面着手。微生物和寄生虫、营养、环境等四方面着手。一、实验动物按遗传学控制分类一、实验动物按遗传学控制分类 近交系动物（近交系动物（Inbred strains)相同基因型相同基因型 杂交杂交F1代动物代动物(F1-Hybrid)相同基因型相同基因型 封闭群动物封闭群动物(Closed-colony)不同基因型不同基因型 突变系动物（突变系动物（Mutant strains)不同基因型不同基因型第一节第一节 遗传学分类遗传学分类二、实验动物的传统分类方法

4、二、实验动物的传统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。种实验动物都可以在传统分类法中找到自己的位置。以大鼠为例以大鼠为例,它属于它属于:脊椎动物脊椎动物门门哺乳动物哺乳动物纲纲啮齿啮齿目目鼠鼠科科大鼠大鼠属属种种(species)：是动物学分类系统上的基本单位。是动物学分类系统上的基本单位。在实验动物学中，种是指可以在实验动物学中，种是指可以相互交配且后代有繁殖能相互交配且后代有繁殖能力力的同一种类的动物。的同一种类的动物。异种动物之间存在生殖隔离。异种动物之间存在生殖隔离。种、品

5、种和品系的概念种、品种和品系的概念T品种品种(stock)是种以下的分类单位，一般指具有一些容易是种以下的分类单位，一般指具有一些容易识别和人们所需要的识别和人们所需要的性状性状，而且可以，而且可以基本稳定遗传基本稳定遗传的动的动物群体。一般用于填封闭群，如新西兰白兔、物群体。一般用于填封闭群，如新西兰白兔、Wistar大大鼠、鼠、KM小鼠等。小鼠等。T品系品系(strain)在实验动物学上把在实验动物学上把基因高度纯合基因高度纯合的动物称的动物称作品系动物，通常指近交系和突变系。作品系动物，通常指近交系和突变系。T例如，例如，C57BL/6是近交系动物中的一个品系，属低癌组、是近交系动物中的

6、一个品系，属低癌组、高补体活性的动物。裸鼠是带有突变基因高补体活性的动物。裸鼠是带有突变基因(nu/nu)的品的品系动物。系动物。T习惯上把近交系动物称为品系，封闭群动物称为品种。习惯上把近交系动物称为品系，封闭群动物称为品种。v动物分类学中，种动物分类学中，种(species)是分类的基本单位。而实验是分类的基本单位。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不同的品种(stock)、品系、品系(strain)。v品种、品系的概念超出了一般动物学分类的概念，它们品种、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

7、类的基本单位。才是实验动物分类的基本单位。v目前，世界各地培育着目前，世界各地培育着200多种共计多种共计26000多个多个实验动物实验动物品系，其中品系，其中2607个个为常规实验动物品系。为常规实验动物品系。v我国实验动物（包括实验用动物）我国实验动物（包括实验用动物）30种共计种共计1100多个多个品品种、品系，其中常规品系种、品系，其中常规品系103个个。小鼠种系资源比较小鼠种系资源比较遗传分类遗传分类国际国际国内国内近交系近交系430320突变系突变系1161630基因工程品系基因工程品系29301000其它品系其它品系29717合计合计218201057引自引自Jackson La

8、b websiteJackson Lab website大鼠种系资源比较大鼠种系资源比较遗传分类遗传分类国际国际国内国内常规品系常规品系163710突变系突变系3017基因工程品系基因工程品系2210其它品系其它品系430合计合计220217引自引自Jackson Lab websiteJackson Lab website三、作为品种、品系的条件三、作为品种、品系的条件 1.相似的外貌特征相似的外貌特征 同一品系或品种具有相同的外貌特征同一品系或品种具有相同的外貌特征,如毛色。如毛色。但不同品系、品种的动物也有外貌相似的。但不同品系、品种的动物也有外貌相似的。BALB/cBALB/c小鼠小鼠

9、ICRICR小鼠小鼠 2.独特的生物学特性独特的生物学特性 独特的生物学特性是一个品系、品种存在的基础独特的生物学特性是一个品系、品种存在的基础,在长期的研在长期的研究过程中究过程中,在一些动物身上发现了所需要的不同于其他动物的生在一些动物身上发现了所需要的不同于其他动物的生物学特性物学特性,进行定向选择进行定向选择,将这些特性保留下来将这些特性保留下来,成为今天为数众成为今天为数众多的品系、品种。每个品系、品种的生物学特性都有或多或少的多的品系、品种。每个品系、品种的生物学特性都有或多或少的差别。差别。例如例如A品系品系,在经产鼠中高发乳腺癌（在经产鼠中高发乳腺癌（30-80%）;AKR品系

10、自发淋巴细胞白血病（品系自发淋巴细胞白血病（68%-99%）;封闭群封闭群ICR品种繁殖能力强。品种繁殖能力强。3.稳定的遗传性能稳定的遗传性能 作为一个品系，不仅要有相似的外貌特征，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，独特的生物学特性，更重要的是要有稳定的遗传性能，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，即在品系、品种自群繁殖时，能将其特性稳定地传给后代。能将其特性稳定地传给后代。换言之，换言之，就是一个品系、品种必须具有一定的育种价值。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共同的遗传来源和一定的遗传结构任何品系、品种

11、都可追溯到其共同的祖先，并由此分支任何品系、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。经选育而成，其遗传结构也应是独特的。例如，例如，KM小鼠小鼠Glo-l位点为位点为a基因，为单一型，而基因，为单一型，而NIH小鼠在该基因呈多态分布，小鼠在该基因呈多态分布，a、b型基因频率分别为型基因频率分别为67和和33。如果将上述两个品种建立基因概貌就发现它们。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。在基因概貌上的差异，而品种内这种差异是有限的。一、基本概念一、基本概念 1.近交（近交（inbreeding)：遗传上血缘关系较

12、近的雌雄个体之间的近亲交配。遗传上血缘关系较近的雌雄个体之间的近亲交配。2.近交方式：近交方式：全同胞交配全同胞交配亲子交配亲子交配半同胞半同胞叔侄叔侄祖孙等交配类型祖孙等交配类型第二节第二节 近交系动物近交系动物近交系数近交系数 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。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。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，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，到到20代时，近交系数可达代时，近交系数可达98.6，杂合基因仅剩，杂合基因仅剩1.4。血缘

13、系数血缘系数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。同卵群体中个体之间的基因组成的相似程度用数值来表示。同卵孪生子之间的基因组成完全相同时孪生子之间的基因组成完全相同时,血缘系数为血缘系数为100，子代从双，子代从双亲中获得基因各一半，亲子之间的血缘系数为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。随着近交代数增加，血缘系数相应不断升高，到第数增加，血缘系数相应不断升高，到第20代时血缘系数可以达到代时血缘系数可以达到99.6%。3.3.近交程度：近交程度：近交代数与近交系数近交代数与近交系数近交代数近交代数近交系数

14、（近交系数（F）近交代数近交代数近交系数（近交系数（F）10.250110.90820.375120.92630.500130.94040.594140.95150.672150.96160.734160.96870.785170.97480.826180.97990.859190.983100.886200.986举例：巴马香猪举例：巴马香猪举例：版纳小耳猪（滇南小耳猪），举例：版纳小耳猪（滇南小耳猪），云南农业大学曾养志教授已近交云南农业大学曾养志教授已近交2020代。代。至少经过至少经过2020代以上代以上的连续全同胞交配或亲子交配，品系内所有的连续全同胞交配或亲子交配，品系内所有个体都

15、可追溯到起源于第个体都可追溯到起源于第2020代或以后代数的一对共同祖先的动物代或以后代数的一对共同祖先的动物群。群。近交系数大于近交系数大于99%99%。这种动物在自然界并不存在，是经人工。这种动物在自然界并不存在，是经人工专门培育而成。专门培育而成。5.5.近交衰退：近交衰退：在近亲繁殖的实践中，通常伴随着遗传缺陷的出现，生命早亡在近亲繁殖的实践中，通常伴随着遗传缺陷的出现，生命早亡较多，动物体质普遍较差，并且较为容易感染疾病，生产能力和较多，动物体质普遍较差，并且较为容易感染疾病，生产能力和隐性基因暴露增多，这个现象叫隐性基因暴露增多，这个现象叫“近交衰退近交衰退”。这种有害影响是由于若

16、干对不利的隐性基因纯合造成的，如不这种有害影响是由于若干对不利的隐性基因纯合造成的，如不能产生正常生活所需要的酶，或者产生不正常的蛋白质和其它化能产生正常生活所需要的酶，或者产生不正常的蛋白质和其它化合物，或激素的不平衡。合物，或激素的不平衡。4.4.近交系动物的定义：近交系动物的定义：衰退的原因：衰退的原因：随着纯合基因位点的增多，有害的随着纯合基因位点的增多，有害的隐性基因暴露增多隐性基因暴露增多，一般有，一般有害基因为隐性基因，其性状被正常的显性基因所掩盖，当隐性基害基因为隐性基因，其性状被正常的显性基因所掩盖，当隐性基因纯合时，常表现出遗传缺陷。因纯合时，常表现出遗传缺陷。多基因平衡的破坏多基因平衡的破坏导致生命活动的异常。过去认为导致生命活动的异常。过去认为“一个基因一个基因一个酶一个酶”，忽视了基因之间的作用。现在证明基因之间有相互作，忽视了基因之间的作用。现在证明基因之间有相互作用，虽然相互的影响很小，但是由于长期的自然选择、优胜劣汰用，虽然相互的影响很小，但是由于长期的自然选择、优胜劣汰的结果，使得有利生存的组合保存下来，近交使平衡关系破坏，的结果，使得有利生存的组合保