近交系和突變系動(dòng)物的特點(diǎn)及應(yīng)用

1、第二章 近交系和突變系動(dòng)物 的特點(diǎn)及應(yīng)用,柳新,目的：,1.了解并掌握近交系動(dòng)物的基本概念及常用近交系動(dòng)物的特點(diǎn)。2.掌握突變系動(dòng)物的特點(diǎn)及其在生物醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用。3.掌握以上實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的培育方法，,第一節(jié) 近交和近交系,一.基本概念近交（Inbreeding）即近親繁殖，是指血緣關(guān)系極為相近的個(gè)體之間或遺傳組成極相似的個(gè)體之間進(jìn)行的交配繁殖。通過(guò)近交使一個(gè)種群達(dá)到接近完全純合程度，即所有同源染色體的相對(duì)位置都具有相同基因的狀態(tài)。

2、近交系動(dòng)物（Inbred strain）經(jīng)至少連續(xù)20代的全同胞兄妹之間或親代與子代之間交配培育而成的動(dòng)物。,,二.近交后引起的變化近交可以增多純合性，降低雜合性，可以將群體分離為不同的品系，然而近交的結(jié)果也必將出現(xiàn)近交衰退。近交衰退（iNbreeding depression）有親緣關(guān)系的親本進(jìn)行交配,可使原本是雜交繁殖的生物增加純合性,從而提高基因的穩(wěn)定性，但往往伴同出現(xiàn)后代減少、后代弱小或后代不育的現(xiàn)象。,,近交衰退發(fā)生的原

3、因是多方面的，從遺傳學(xué)的角度解釋主要有兩點(diǎn)：1.有害的隱性基因的暴露。一般病態(tài)的突變基因絕大多數(shù)都是隱性的，所以處于雜合狀態(tài)時(shí)是不表現(xiàn)出病態(tài)或不利的性狀。這些有害基因的作用可被顯性的雜合子等位基因所掩蓋，但經(jīng)過(guò)一段近親繁殖，純合的基因（純合子）比例漸漸增多，于是有害的隱性基因相遇成為純合子而顯出作用，出現(xiàn)了不利的性狀2.多基因平衡的破壞。對(duì)環(huán)境適應(yīng)較好的野生或雜交動(dòng)物，由于自然選擇的作用有利于保存那些生物適應(yīng)能力較強(qiáng)的基因組合具有平

4、衡的多基因系統(tǒng)，近交繁殖往往會(huì)破壞這個(gè)平衡，造成個(gè)體發(fā)育的不穩(wěn)定。,第二節(jié) 近交系的特征及意義,一.特征(一)基因純合性(二)遺傳穩(wěn)定性(三)同基因性(四)表現(xiàn)型的均一性(五)個(gè)體性(六)分布的廣泛性(七)資料可查性(八)可分辨性,,二.采用純系動(dòng)物作實(shí)驗(yàn)，具有下列主要 優(yōu)點(diǎn):1.具有相同的基因型,表現(xiàn)型也一致,所以其反應(yīng)是一致的，實(shí)驗(yàn)結(jié)果正確、可靠。2.實(shí)驗(yàn)重復(fù)性好，所用動(dòng)物少，實(shí)驗(yàn)周期短，節(jié)省人力、物力和時(shí)間。

5、3.實(shí)驗(yàn)結(jié)果相似，便于國(guó)內(nèi)和國(guó)際間學(xué)術(shù)交流和實(shí)驗(yàn)重復(fù)。4.可以作為有價(jià)值的病理學(xué)模型。5.可以作為標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)驗(yàn)材料。6.遺傳背景明確,便于研究者查閱和選擇應(yīng)用。,三.近交系動(dòng)物在生物醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用,1.首先被應(yīng)用于遺傳學(xué)研究，以后又為腫瘤和免疫學(xué)家所重視。2.在腫瘤、白血病的研究中，可以挑選致癌系小鼠進(jìn)行致癌，可以在同一時(shí)間內(nèi)獲得許多生長(zhǎng)同腫瘤的動(dòng)物，然后進(jìn)行各種腫瘤的理論及防治研究。3.近交系小鼠可以根據(jù)各種特殊實(shí)驗(yàn)的需要培育

6、各種品系。如致癌鼠、糖尿病鼠、先天性肌肉萎縮癥鼠等。,第三節(jié) 近交系的培育技術(shù),一.培育目標(biāo)定向是予先確定好要獲得什么樣的品種，然后有計(jì)劃地進(jìn)行培育，這種方法能在較短的時(shí)間里獲得優(yōu)良的品種。不定向的是無(wú)意識(shí)的選擇，預(yù)先交沒(méi)有想要培育具有哪些特點(diǎn)的新品種，只是人們自然把比較有價(jià)值的留下，讓它繁殖，去掉價(jià)值不大的品種，這樣無(wú)意中起了選擇的作用，這種選擇過(guò)程是比較緩慢的，待純化后回過(guò)頭來(lái)做實(shí)驗(yàn)，測(cè)定其特性。,,二、種鼠的選擇（一）基礎(chǔ)

7、種群的選擇 1.從野生鼠中選擇 2.從起源于沒(méi)有經(jīng)過(guò)的新繁殖的近交群中 選擇 3.從雜交群中選擇 4.如果其它實(shí)驗(yàn)室和保種單位有質(zhì)量較好基礎(chǔ)種群種子，并有相應(yīng)的檢測(cè)數(shù)據(jù)證實(shí)其確為好種子，也可直接引起，這樣較為簡(jiǎn)便易行,,（二）初代種鼠的選擇 1.首先檢查個(gè)體形態(tài)，如毛色、體型以及對(duì)外界刺激反應(yīng)的敏感性等，有目的的選擇后，即可進(jìn)行繁殖。 2.對(duì)初代種群所產(chǎn)生的仔代，應(yīng)進(jìn)行病原微生物和藥物感受性以及腫瘤誘發(fā)率

8、等方面的檢查，必須選留那些經(jīng)過(guò)檢查，而且有一定特性的雙親所生下的1-3胎仔鼠，作為下一代生產(chǎn)的種鼠。 3.第二代以后種群的選擇。,,三.培育方法（一）近交的交配方式 1.單線法 2.平行法 3.選優(yōu)法（二）交配繁殖 1.近交系的培育要在專用固定的飼養(yǎng)室內(nèi)進(jìn)行 2.應(yīng)該嚴(yán)格遵照單對(duì)配對(duì)，父母同罐的要求 3.對(duì)同系的每個(gè)鼠都應(yīng)有詳細(xì)明確的譜系和戶籍記錄 4.選用第一、二胎同胎仔鼠作b

9、15;s交配比b×o交配更易處理，而且常常繁殖的更好 5.在近交系培育過(guò)程中，為了保證生育力的范圍，每一代都應(yīng)保留一定數(shù)目（3～4個(gè)）的亞系,第四節(jié) 近交系的新發(fā)展,一.重組近交系1.重組近交系是以兩個(gè)無(wú)關(guān)的高度近交品系進(jìn)行交配，產(chǎn)生F2代后，再行全同胞交配達(dá)20代以上而育成的一個(gè)近交系列組動(dòng)物2.特點(diǎn) 該品系動(dòng)物既具有其雙親品系的特性，又具有重組后一組內(nèi)和每個(gè)重組近交系的特征。,,二.同源導(dǎo)入近交系 1.將一個(gè)基

10、因?qū)氲揭粋€(gè)近交系（通過(guò)多次回交）而培育成的新的近交系稱為同源導(dǎo)入近交系（Congenic Inbred Strain），也稱為“近交同類系”或“同源抵抗系”，簡(jiǎn)稱IR系。,,三.異單基因近交系 1.相同近交品系的動(dòng)物內(nèi)，如果發(fā)生了單個(gè)基因的突變，而培育成的新的近交品系稱異單基因近交系（Colsognic Inbred Strain）。 2.同源導(dǎo)入近交系和異單基因近系通稱為同類系，并稱同源株（Congenic　stock），是在一

11、個(gè)近交品系內(nèi)發(fā)生了一個(gè)重要的單個(gè)基因突變，或者通過(guò)一系列的多次雜交和回交把一個(gè)基因?qū)胍粋€(gè)近交背景品系內(nèi)部形成與原株相對(duì)應(yīng)的同源株。,,四.遺傳工程與近交系的發(fā)展（一）細(xì)胞工程與近交系小鼠的發(fā)展 1.嵌合體小鼠的育成 2.單親純合雙倍體動(dòng)物的育成 3.細(xì)胞核移植系的產(chǎn)生（二）實(shí)驗(yàn)小鼠染色體工程發(fā)展（三）實(shí)驗(yàn)小鼠基因工程發(fā)展,第五節(jié) 常用近交系動(dòng)物品系特征,一.常用近交系小鼠品系特征 這里著重介紹目前國(guó)際上公認(rèn)的

12、主要品系 和我國(guó)常用的品系。 （一）A系 1.特性 （1）免疫學(xué)特征 （2）形態(tài)學(xué)特性 （3）生理學(xué)特征 （4）癌發(fā)生率 （5）老化及壽命,,（二）AKR系 1.特性 （1）免疫學(xué)特性 （2）生理學(xué)特性 （3）癌發(fā)生率 （4）壽命 （5）飼養(yǎng)注意點(diǎn) （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.

13、特性 （1）生理、生化學(xué)特性 （2）形態(tài)學(xué)特性 （3）癌發(fā)生率 （4）飼養(yǎng)繁殖 （5）壽命,,（二）AGUS系 （三）AS系 （四）BN系 （五）BUF系 （六）COP系,第六節(jié) 突變系動(dòng)物的基本概念,一、遺傳與變異 遺傳是指經(jīng)由基因的傳遞，使后代獲得親代的特征。 變異是指生物體子代與親代之間的差異，子代個(gè)體之間的差異的現(xiàn)象。 遺傳和變異是生物普通存在的生命現(xiàn)象。生物的遺傳性和變異性都是由

14、原生質(zhì)中的主要活性物質(zhì)DNA加以控制和調(diào)節(jié)的。,,二.基因突變 1.基因突變是指染色體上一個(gè)位點(diǎn)內(nèi)的遺傳物質(zhì)的變化，或者說(shuō)是DNA分子上長(zhǎng)鏈中堿基對(duì)的改變，也稱點(diǎn)突變。簡(jiǎn)言之，所謂基因突變，就是一個(gè)基因變?yōu)樗牡任换颉?2.根據(jù)突變對(duì)表現(xiàn)型的最明顯效應(yīng)，可分為： （1）可見(jiàn)突變 （2）生化突變 （3）致死突變 （4）條件致命突變,,三、顯性和隱生基因及基因與性狀關(guān)系1.一群小鼠由正?；駻突變?yōu)閍，可有AA、Aa

15、、aa三型。兩套染色體同一位點(diǎn)上也可出現(xiàn)以上三型。2.正常基因用大寫(xiě)英文字母表示，突變基因用小寫(xiě)英文字母表示。A為顯性基因（Dominant　Gene），A的性狀可掩蓋a的性狀，A的顯性是對(duì)a而言的，A是顯性性狀。a為隱性基因（Recessive　Gene），a的性狀被A所掩，a是隱性性狀的一個(gè)位點(diǎn)上都是隱性基因時(shí)方可表現(xiàn)出它所決定的性狀。如aa，這時(shí)小鼠被毛呈黑色。,,3.基因與性狀的關(guān)系（1）一個(gè)基因決定一個(gè)性狀（2）一個(gè)

16、基因決定幾個(gè)性狀，稱為基因的多 形性（3）幾個(gè)基因決定一個(gè)性狀，一般帶有定量的特征，如身高、體重是可定量的，為多基因所決定。,,四、突變的機(jī)理和突變系動(dòng)物 基因突變是DNA分子上堿基發(fā)生了變化而造成的。通過(guò)遺傳和化學(xué)分析認(rèn)識(shí)了突變型的遺傳性質(zhì)，有些變化是一個(gè)堿基為另一個(gè)堿基所替代；另一個(gè)情況是插入或缺失了一個(gè)堿基，還有的變化包括許多堿基獲得、失去或重新排列等等。總之是組成基因的物質(zhì)發(fā)生了化學(xué)變化。這種自發(fā)的突變率因不同的生

17、物種類而異，有人估計(jì)由幾萬(wàn)分之一到幾百萬(wàn)分之一。已知的外環(huán)境影響，如射線和化學(xué)物質(zhì)能增加突變率，但引起突變的機(jī)理和發(fā)生條件，一直在吸引著人們進(jìn)行深入的研究。,第七節(jié)　突變品系的模型性狀,一.模型動(dòng)物 遺傳突變的動(dòng)物，如果能留種育成突變品系供某項(xiàng)特殊研究之用，這就成為很有科學(xué)價(jià)值的“模型動(dòng)物”。 如肥胖小鼠，它與人類有相似的肥胖病和糖尿?。患∪馕s癥小鼠，它與人類有相似的肌肉萎縮癥；自身免疫小鼠，則與人類的自身免疫性溶血癥和紅斑狼

18、瘡相似。,二.疾病種類,突變系動(dòng)物的遺傳性疾病主要有代謝病和分子病兩類。（一）代謝病代謝病是特異代謝過(guò)程的改變，導(dǎo)致正常代謝的生化過(guò)程被阻斷。如α酶缺乏，則由A→B的生化過(guò)程被阻斷。此種代謝病表現(xiàn)α酶下降，使A部分的新陳代謝產(chǎn)生堆集，或B部分的代謝物減少。 A→?。麭→?。?α酶　β酶 如苯丙氨酸代謝障礙時(shí)出現(xiàn)以下代謝病。 1．苯酮尿癥（Phenylketonuria） 2．白化癥（Albi

19、nism） 3．呆小癥（Cretinism） 4．酪氨酸代謝癥（Tyrosinosis） 5．黑酸尿癥（Alkaptonuria）,,（二）分子病 直接作用于分子，多數(shù)與酶關(guān)系不大。 1.血紅蛋白病（Hemoglobinpathy）遺傳學(xué)上測(cè)定由于血紅蛋白分子結(jié)構(gòu)改變而引起血液學(xué)的異常，致有臨床上的特殊癥狀和血液化學(xué)上的異常，常出現(xiàn)明顯的貧血。 2.特種蛋白合成異常性疾病 此種疾病常因各系統(tǒng)異常而發(fā)生，

20、在人體上研究有困難，需要制造動(dòng)物模型。如糖尿病，為研究此病，必須手術(shù)切除動(dòng)物的胰腺，或用四氧嘧啶破壞其胰島細(xì)胞。 3.神經(jīng)性疾病 4.自身免疫性疾病,第八節(jié)　帶病理模型性狀的突變株,一.常用的突變品系 （一）肌萎縮癥小鼠或稱肌失營(yíng)養(yǎng)癥即后肢癱瘓小鼠 （二）肥胖癥鼠 （三）侏儒癥鼠或稱矮小畸形鼠 （四）糖尿病鼠 （五）骨骼硬化癥鼠 (六) 顯性斑點(diǎn)突變貧血鼠,,（七）白內(nèi)障突變鼠（八）無(wú)脾突變鼠（九）灰色致死突變鼠

21、（十）視網(wǎng)膜退化突變鼠（十一）淡化致死基因突變鼠（十二）針尾突變鼠（十三）少趾癥突變鼠（十四）高血壓突變型大鼠（十五）癲癇突變型大鼠,,二.其他突變品系 經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期選育，還培育出很多其它突變品系動(dòng)物，如無(wú)T細(xì)胞小鼠，無(wú)T、B細(xì)胞小鼠，無(wú)K細(xì)胞小鼠，無(wú)T、B、K細(xì)胞小鼠，無(wú)巨噬細(xì)胞小鼠，無(wú)毛大鼠，無(wú)毛豚鼠，無(wú)毛兔（但有胸腺）等突變品系動(dòng)物，都已廣泛應(yīng)用于腫瘤、免疫、造血等的研究。,第九節(jié)　突變基因的特點(diǎn),一.小鼠突變基因的特點(diǎn)

22、 （一）神經(jīng)系統(tǒng) （二）髓鞘異常 （三）其它神經(jīng)突變 （四）耳、眼 （五）肌肉、骨骼系統(tǒng) （六）血液、淋巴和免疫系統(tǒng) （七）胃腸道 （八）泌尿系統(tǒng) （九）生殖系統(tǒng),,二.大鼠突變基因的特點(diǎn) （一）代謝紊亂 1.尿崩癥大鼠 2.高血壓大鼠 3.肥胖癥大鼠 4.血膽紅素過(guò)多癥大鼠 （二）皮膚和皮下組織 （三）骨骼系統(tǒng) （四）造血系統(tǒng) （五）生殖、泌尿系統(tǒng) （六）眼睛,第十節(jié)　無(wú)胸腺裸鼠特

23、點(diǎn)及應(yīng)用,一.裸鼠的基本概念和發(fā)展情況 (一)裸小鼠概念及命名：1962年英國(guó)格拉斯醫(yī)院Grist 在非近交的小鼠中偶然發(fā)現(xiàn)有個(gè)別無(wú)毛小鼠， 后來(lái)證實(shí)是由于基因突變?cè)斐傻牟橛邢忍煨孕叵侔l(fā)育不良，稱為裸小鼠(nude mice)，用“nu”表示裸基因符號(hào)。 特性：裸小鼠的主要特征表現(xiàn)為無(wú)毛 (hair less)和無(wú)胸腺(athymus)。,,(二)裸大鼠概念及命名：裸大鼠由英國(guó)Rowett研究所在1953年發(fā)現(xiàn)，基因符號(hào)為r

24、nu， 屬染色體隱性遺傳。裸大鼠免疫器官的組織學(xué)與裸小鼠極為相似。 特征：裸大鼠的一般特征似裸小鼠，但軀干部仍有稀少被毛并非象裸小鼠那樣完全無(wú)毛，頭部及四肢毛更多，繁殖方法與裸小鼠相同。,,三、裸鼠在生物醫(yī)學(xué)研究中的應(yīng)用（一）組織移植（人類腫瘤移植）研究（二）腫瘤藥物治療和腫瘤免疫研究（三）免疫和遺傳研究（四）病毒、細(xì)菌、寄生蟲(chóng)感染機(jī)制的研究（五）生物制品和藥品的檢定（六）微生物學(xué)上的研究（七）內(nèi)分泌和老年醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用

25、,,四.裸鼠的繁殖及飼養(yǎng)條件 (一)繁殖 目前繁殖裸鼠不用nu/nu雌鼠，因其繁殖性能低，一般采用雜合子交配方式或隱性純合子雄性與雜合子雌鼠交配。這種交配方法，其后代將出現(xiàn)表現(xiàn)型正常的仔鼠和裸鼠，比例為1：1。,,（二）飼養(yǎng)條件 1．無(wú)病原條件飼料裸鼠設(shè)備 2.籠具和墊料 3.空氣層流室的保養(yǎng),,五.裸鼠的應(yīng)用 1.腫瘤免疫學(xué)及實(shí)驗(yàn)?zāi)[瘤學(xué) 2.人癌的移植研究（主要是裸大鼠，中山醫(yī)院肝癌研究所已經(jīng)成功地建立了裸大鼠人肝