1、第二章 近交系和突变系动物 的特点及应用,柳新,目的：,1.了解并掌握近交系动物的基本概念及常用近交系动物的特点。2.掌握突变系动物的特点及其在生物医学上的应用。3.掌握以上实验动物的培育方法，,第一节 近交和近交系,一.基本概念近交（Inbreeding）即近亲繁殖，是指血缘关系极为相近的个体之间或遗传组成极相似的个体之间进行的交配繁殖。通过近交使一个种群达到接近完全纯合程度，即所有同源染色体的相对位置都具有相同基因的状态。近交系动物（Inbred strain）经至少连续20代的全同胞兄妹之间或亲代与子代之间交配培育而成的动物。,二.近交后引起的变化近交可以增多纯合性，降低杂合性，可以将群
2、体分离为不同的品系，然而近交的结果也必将出现近交衰退。近交衰退（iNbreeding depression）有亲缘关系的亲本进行交配,可使原本是杂交繁殖的生物增加纯合性,从而提高基因的稳定性，但往往伴同出现后代减少、后代弱小或后代不育的现象。,近交衰退发生的原因是多方面的，从遗传学的角度解释主要有两点：1.有害的隐性基因的暴露。一般病态的突变基因绝大多数都是隐性的，所以处于杂合状态时是不表现出病态或不利的性状。这些有害基因的作用可被显性的杂合子等位基因所掩盖，但经过一段近亲繁殖，纯合的基因（纯合子）比例渐渐增多，于是有害的隐性基因相遇成为纯合子而显出作用，出现了不利的性状2.多基因平衡的破坏。
3、对环境适应较好的野生或杂交动物，由于自然选择的作用有利于保存那些生物适应能力较强的基因组合具有平衡的多基因系统，近交繁殖往往会破坏这个平衡，造成个体发育的不稳定。,第二节 近交系的特征及意义,一.特征(一)基因纯合性(二)遗传稳定性(三)同基因性(四)表现型的均一性(五)个体性(六)分布的广泛性(七)资料可查性(八)可分辨性,二.采用纯系动物作实验，具有下列主要 优点:1.具有相同的基因型,表现型也一致,所以其反应是一致的，实验结果正确、可靠。2.实验重复性好，所用动物少，实验周期短，节省人力、物力和时间。3.实验结果相似，便于国内和国际间学术交流和实验重复。4.可以作为有价值的病理学模型。5
4、.可以作为标准的实验材料。6.遗传背景明确,便于研究者查阅和选择应用。,三.近交系动物在生物医学中的应用,1.首先被应用于遗传学研究，以后又为肿瘤和免疫学家所重视。2.在肿瘤、白血病的研究中，可以挑选致癌系小鼠进行致癌，可以在同一时间内获得许多生长同肿瘤的动物，然后进行各种肿瘤的理论及防治研究。3.近交系小鼠可以根据各种特殊实验的需要培育各种品系。如致癌鼠、糖尿病鼠、先天性肌肉萎缩症鼠等。,第三节 近交系的培育技术,一.培育目标定向是予先确定好要获得什么样的品种，然后有计划地进行培育，这种方法能在较短的时间里获得优良的品种。不定向的是无意识的选择，预先交没有想要培育具有哪些特点的新品种，只是人
5、们自然把比较有价值的留下，让它繁殖，去掉价值不大的品种，这样无意中起了选择的作用，这种选择过程是比较缓慢的，待纯化后回过头来做实验，测定其特性。,二、种鼠的选择（一）基础种群的选择 1.从野生鼠中选择 2.从起源于没有经过的新繁殖的近交群中 选择 3.从杂交群中选择 4.如果其它实验室和保种单位有质量较好基础种群种子，并有相应的检测数据证实其确为好种子，也可直接引起，这样较为简便易行,（二）初代种鼠的选择 1.首先检查个体形态，如毛色、体型以及对外界刺激反应的敏感性等，有目的的选择后，即可进行繁殖。 2.对初代种群所产生的仔代，应进行病原微生物和药物感受性以及肿瘤诱发率等方面的检查，必须选留那
6、些经过检查，而且有一定特性的双亲所生下的1-3胎仔鼠，作为下一代生产的种鼠。 3.第二代以后种群的选择。,三.培育方法（一）近交的交配方式 1.单线法 2.平行法 3.选优法（二）交配繁殖 1.近交系的培育要在专用固定的饲养室内进行 2.应该严格遵照单对配对，父母同罐的要求 3.对同系的每个鼠都应有详细明确的谱系和户籍记录 4.选用第一、二胎同胎仔鼠作bs交配比bo交配更易处理，而且常常繁殖的更好 5.在近交系培育过程中，为了保证生育力的范围，每一代都应保留一定数目（34个）的亚系,第四节 近交系的新发展,一.重组近交系1.重组近交系是以两个无关的高度近交品系进行交配，产生F2代后，再行全同胞
7、交配达20代以上而育成的一个近交系列组动物2.特点 该品系动物既具有其双亲品系的特性，又具有重组后一组内和每个重组近交系的特征。,二.同源导入近交系 1.将一个基因导入到一个近交系（通过多次回交）而培育成的新的近交系称为同源导入近交系（Congenic Inbred Strain），也称为“近交同类系”或“同源抵抗系”，简称IR系。,三.异单基因近交系 1.相同近交品系的动物内，如果发生了单个基因的突变，而培育成的新的近交品系称异单基因近交系（Colsognic Inbred Strain）。 2.同源导入近交系和异单基因近系通称为同类系，并称同源株（Congenicstock），是在一个近交
8、品系内发生了一个重要的单个基因突变，或者通过一系列的多次杂交和回交把一个基因导入一个近交背景品系内部形成与原株相对应的同源株。,四.遗传工程与近交系的发展（一）细胞工程与近交系小鼠的发展 1.嵌合体小鼠的育成 2.单亲纯合双倍体动物的育成 3.细胞核移植系的产生（二）实验小鼠染色体工程发展（三）实验小鼠基因工程发展,第五节 常用近交系动物品系特征,一.常用近交系小鼠品系特征 这里着重介绍目前国际上公认的主要品系 和我国常用的品系。 （一）A系 1.特性 （1）免疫学特征 （2）形态学特性 （3）生理学特征 （4）癌发生率 （5）老化及寿命,（二）AKR系 1.特性 （1）免疫学特性 （2）生理
9、学特性 （3）癌发生率 （4）寿命 （5）饲养注意点 （三）BALB/c系 （四）CBA系 （五）C3H系,二.常用近交系大鼠品系特征 （一）ACI系 1.特性 （1）生理、生化学特性 （2）形态学特性 （3）癌发生率 （4）饲养繁殖 （5）寿命,（二）AGUS系 （三）AS系 （四）BN系 （五）BUF系 （六）COP系,第六节 突变系动物的基本概念,一、遗传与变异 遗传是指经由基因的传递，使后代获得亲代的特征。 变异是指生物体子代与亲代之间的差异，子代个体之间的差异的现象。 遗传和变异是生物普通存在的生命现象。生物的遗传性和变异性都是由原生质中的主要活性物质DNA加以控制和调节的。,二.基
10、因突变 1.基因突变是指染色体上一个位点内的遗传物质的变化，或者说是DNA分子上长链中碱基对的改变，也称点突变。简言之，所谓基因突变，就是一个基因变为它的等位基因。 2.根据突变对表现型的最明显效应，可分为： （1）可见突变 （2）生化突变 （3）致死突变 （4）条件致命突变,三、显性和隐生基因及基因与性状关系1.一群小鼠由正常基因A突变为a，可有AA、Aa、aa三型。两套染色体同一位点上也可出现以上三型。2.正常基因用大写英文字母表示，突变基因用小写英文字母表示。A为显性基因（DominantGene），A的性状可掩盖a的性状，A的显性是对a而言的，A是显性性状。a为隐性基因（Recessi
11、veGene），a的性状被A所掩，a是隐性性状的一个位点上都是隐性基因时方可表现出它所决定的性状。如aa，这时小鼠被毛呈黑色。,3.基因与性状的关系（1）一个基因决定一个性状（2）一个基因决定几个性状，称为基因的多 形性（3）几个基因决定一个性状，一般带有定量的特征，如身高、体重是可定量的，为多基因所决定。,四、突变的机理和突变系动物 基因突变是DNA分子上碱基发生了变化而造成的。通过遗传和化学分析认识了突变型的遗传性质，有些变化是一个碱基为另一个碱基所替代；另一个情况是插入或缺失了一个碱基，还有的变化包括许多碱基获得、失去或重新排列等等。总之是组成基因的物质发生了化学变化。这种自发的突变率因
12、不同的生物种类而异，有人估计由几万分之一到几百万分之一。已知的外环境影响，如射线和化学物质能增加突变率，但引起突变的机理和发生条件，一直在吸引着人们进行深入的研究。,第七节突变品系的模型性状,一.模型动物 遗传突变的动物，如果能留种育成突变品系供某项特殊研究之用，这就成为很有科学价值的“模型动物”。 如肥胖小鼠，它与人类有相似的肥胖病和糖尿病；肌肉萎缩症小鼠，它与人类有相似的肌肉萎缩症；自身免疫小鼠，则与人类的自身免疫性溶血症和红斑狼疮相似。,二.疾病种类,突变系动物的遗传性疾病主要有代谢病和分子病两类。（一）代谢病代谢病是特异代谢过程的改变，导致正常代谢的生化过程被阻断。如酶缺乏，则由AB的
13、生化过程被阻断。此种代谢病表现酶下降，使A部分的新陈代谢产生堆集，或B部分的代谢物减少。 AB 酶酶 如苯丙氨酸代谢障碍时出现以下代谢病。 1苯酮尿症（Phenylketonuria） 2白化症（Albinism） 3呆小症（Cretinism） 4酪氨酸代谢症（Tyrosinosis） 5黑酸尿症（Alkaptonuria）,（二）分子病 直接作用于分子，多数与酶关系不大。 1.血红蛋白病（Hemoglobinpathy）遗传学上测定由于血红蛋白分子结构改变而引起血液学的异常，致有临床上的特殊症状和血液化学上的异常，常出现明显的贫血。 2.特种蛋白合成异常性疾病 此种疾病常因各系统异常而发生
14、，在人体上研究有困难，需要制造动物模型。如糖尿病，为研究此病，必须手术切除动物的胰腺，或用四氧嘧啶破坏其胰岛细胞。 3.神经性疾病 4.自身免疫性疾病,第八节带病理模型性状的突变株,一.常用的突变品系 （一）肌萎缩症小鼠或称肌失营养症即后肢瘫痪小鼠 （二）肥胖症鼠 （三）侏儒症鼠或称矮小畸形鼠 （四）糖尿病鼠 （五）骨骼硬化症鼠 (六) 显性斑点突变贫血鼠,（七）白内障突变鼠（八）无脾突变鼠（九）灰色致死突变鼠（十）视网膜退化突变鼠（十一）淡化致死基因突变鼠（十二）针尾突变鼠（十三）少趾症突变鼠（十四）高血压突变型大鼠（十五）癫痫突变型大鼠,二.其他突变品系 经过长期选育，还培育出很多其它突变
15、品系动物，如无T细胞小鼠，无T、B细胞小鼠，无K细胞小鼠，无T、B、K细胞小鼠，无巨噬细胞小鼠，无毛大鼠，无毛豚鼠，无毛兔（但有胸腺）等突变品系动物，都已广泛应用于肿瘤、免疫、造血等的研究。,第九节突变基因的特点,一.小鼠突变基因的特点 （一）神经系统 （二）髓鞘异常 （三）其它神经突变 （四）耳、眼 （五）肌肉、骨骼系统 （六）血液、淋巴和免疫系统 （七）胃肠道 （八）泌尿系统 （九）生殖系统,二.大鼠突变基因的特点 （一）代谢紊乱 1.尿崩症大鼠 2.高血压大鼠 3.肥胖症大鼠 4.血胆红素过多症大鼠 （二）皮肤和皮下组织 （三）骨骼系统 （四）造血系统 （五）生殖、泌尿系统 （六）眼睛,
16、第十节无胸腺裸鼠特点及应用,一.裸鼠的基本概念和发展情况 (一)裸小鼠概念及命名：1962年英国格拉斯医院Grist 在非近交的小鼠中偶然发现有个别无毛小鼠， 后来证实是由于基因突变造成的并伴有先天性胸腺发育不良，称为裸小鼠(nude mice)，用“nu”表示裸基因符号。 特性：裸小鼠的主要特征表现为无毛 (hair less)和无胸腺(athymus)。,(二)裸大鼠概念及命名：裸大鼠由英国Rowett研究所在1953年发现，基因符号为rnu， 属染色体隐性遗传。裸大鼠免疫器官的组织学与裸小鼠极为相似。 特征：裸大鼠的一般特征似裸小鼠，但躯干部仍有稀少被毛并非象裸小鼠那样完全无毛，头部及四
17、肢毛更多，繁殖方法与裸小鼠相同。,三、裸鼠在生物医学研究中的应用（一）组织移植（人类肿瘤移植）研究（二）肿瘤药物治疗和肿瘤免疫研究（三）免疫和遗传研究（四）病毒、细菌、寄生虫感染机制的研究（五）生物制品和药品的检定（六）微生物学上的研究（七）内分泌和老年医学上的应用,四.裸鼠的繁殖及饲养条件 (一)繁殖 目前繁殖裸鼠不用nu/nu雌鼠，因其繁殖性能低，一般采用杂合子交配方式或隐性纯合子雄性与杂合子雌鼠交配。这种交配方法，其后代将出现表现型正常的仔鼠和裸鼠，比例为1：1。,（二）饲养条件 1无病原条件饲料裸鼠设备 2.笼具和垫料 3.空气层流室的保养,五.裸鼠的应用 1.肿瘤免疫学及实验肿瘤学 2.人癌的移植研究（主要是裸大鼠，中山医院肝癌研究所已经成功地建立了裸大鼠人肝癌模型LTNR1及LTNR2）,Thanks！,
