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实验动物的遗传学分类

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2024-11-02 10:47

从遗传学角度讲，实验动物是具有明确遗传背景并受严格遗传控制的遗传限定动物。根据其遗传特点的不同，实验动物分为近交系、突变系、封闭群和杂交群。

实验动物的研究价值、使用价值主要决定于它有一个标准的命名规则。一个品系只有一个名字，不同的人在不同的时间、地点做实验，只要使用相同的品系，它们的结果就具有重复性或可比性。小鼠品系国际命名规则是由国际实验动物科学协会(ICLAS)领导下的小鼠遗传标准化命名委员会管理的，仅对小鼠的命名规则，其他实验动物的命名规则均以此规则为借鉴，无标准命名规则。

一、近交系动物

(一)定义

近交系(inbred strain)是指至少连续20代的全同胞兄妹交配培育而成，品系内所有个体都可追溯到起源于第20代或以后代数的一对共同祖先。

经连续20代以上亲代与子代交配与全同胞兄妹交配有等同效果。

近交系的近交系数(inbreeding coefficient)应大于99%。

(二)近交系的特征及应用

1.特征

(1)基因位点的纯合性：近交系动物中任何一个基因位点上纯合子的概率高达99%，因而能繁殖出完全一致的纯合子，品系内个体相互交配不会出现性状分离。

(2)遗传组成的同源性：品系内所有动物个体都可追溯到一对共同祖先，也就是说同一个品系内每只动物的个体在遗传上都是同源的，基因型完全一致。

(3)表型一致性：由于基因型一致，近交系内个体的表型也是相同的，特别是那些可遗传的生物学特征，如毛色、组织型、生化同工酶以及形态学特征等。当然其他一些定量特征．如体重、产仔数、行为等可受环境、营养等非遗传因素影响，会产生一些差异。

(4)长期遗传稳定性：近交系动物在遗传上具有高度的稳定性，虽然残留杂合会导致个体遗传变异，但这种概率非常小。通过严格遗传控制(坚持近交和遗传监测)，近交系动物各品系的遗传特征可世代相传。

(5)遗传特征的可分辨性：每个近交系都有自己的标准遗传概貌(包括毛色基因、生化基因等)，选用适当的遗传监测方法，即可分辨各个近交系。

(6)遗传组成的独特性：每个近交品系都有独自的遗传组成和独自的生物学特性，经过近交培育之后，每个品系从物种的整个基因库中只能获取极少部分的基因，这部分基因构成了品系的遗传组成，因此，每个品系在遗传组成上是独一无二的，具有独特的表型特征。这些遗传和表型的独特性使各个近交品系之间的差异相当大，容易成为模型动物，广泛地应用于生理、形态和行为研究。

(7)分布的广泛性：近交系动物任何一个个体均携带该品系全部基因库，引种非常方便，便于在不同国家、地区建立几乎完全相同的标准近交系，使各国研究结果具有可比性。 (8)背景资料的完整性：近交系动物由于在培育和保种过程中都有详细记录，加之这些动物分布广泛，经常使用，已有相当数量的文献记载着各个品系的生物学特性，另外对任何近交系的每一项研究又增加了该品系的研究用履历档案，这些数据为设计新的实验和解释实验结果提供了有价值的参考信息。

2．应用根据近交系动物所具备的特点，已广泛应用于生物学、医学、药学等领域的研究中。

(1)近交系动物的个体具有相同的遗传组成和遗传特性，对试验反应极为一致，因此在实验中，只需少量的动物，即可得到非常规律的试验结果。

(2)近交系动物个体之间组织相容性抗原一致，异体移植不产生排斥反应，是组织细胞和肿瘤移植实验中最为理想的材料。

(3)每个近交系都有各自明显的生物学特点，如先天性畸形、肿瘤高发率、对某些因子的敏感和耐受等，这些特点在医学领域非常重要。

(4)多个近交系同时使用不仅可以分析不同遗传组成对某项实验的影响，还可观察实验结果是否有普遍意义。

二、突变系动物

（一）定义

保持有特殊突变基因的品系动物称为突变系动物(mutant strain animals)。

（二）应用

突变系动物有与人相似的疾病表现，各种突变系动物是研究遗传病、免疫性疾病和肿瘤的主要试验材料。

突变系动物所携带的突变基因通常导致动物在某些方面的异常，从而可成为生理学、胚胎学和医学研究的模型。

三、封闭群(远交群)

（一）定义

以非近亲交配方式进行繁殖生产的一个实验动物种群，在不从其外部引入新个体的条件下，至少连续繁殖4代以上，封闭群亦称为远交群(closed colony or outbred stock)。

(二)特征及应用

封闭群动物的遗传组成具有很高的杂合性，因此在遗传学上可作为实验基础群体，用于对某些性状遗传的研究。封闭群可携带大量的隐性有害基因，可用于估计群体对自发和诱发突变的遗传负荷能力。封闭群具有与人类相似的遗传异质性的遗传组成，因此在人类遗传研究、药物筛选和毒性试验等方面起着不可替代的作用。

封闭群动物具有较强的繁殖力，表现为每胎产仔多、胎间隔短、仔鼠死亡率低、生长快、成熟早、对疾病抵抗力强、寿命长、生产成本低等优点。因而广泛应用于预实验、学生教学等实验中。

四、杂交群

(一)定义

由不同品系或种群之间杂交产生的后代称为杂交群(hybrids)。用于实验研究的杂交群是指两个近交系之间交配所繁殖的子一代动物，简称F1代动物。

(二)特征及应用

近交系动物在遗传上是均质的，故可获得精确度很高的实验结果，在医学研究上具有重要的价值，何必还要繁殖由两个不同近交系进行杂交获得的F1呢?这是因为近交系与杂交群动物相比，生活力、对疾病的抵抗力以及对慢性实验的耐受性都较差，对环境变异的适应能力也不强，而且也较难繁殖和饲养。在进行慢性实验时，需要长期饲养观察，假如动物半途死亡，则实验就会半途而废，不能取得预期的效果。然而F1具有杂交优势，克服了纯系动物的上述缺点，对长期实验的耐受能力较强，而且由环境因素所引起变异的可能性也较纯系要小。此外，F1代动物与近交系动物一样，具有遗传均一性，且生命力强，经过杂交，从一亲代获得的隐性有害基因与另一亲代获得的显性有利基因组合，成为杂合子，显性有利基因的作用掩盖隐性有害基因的作用，而呈现杂种优势。杂交一代具有许多优点，在某些方面比近交系更适合于科学研究。主要表现在以下几点：

1．遗传和表型上的均质性虽然它的基因不是纯合子，但是遗传性稳定，表型也一致。就某些生物学特征而言，杂交一代比近交系动物具有更高的一致性，不容易受环境因素变化的影响。

2．具有杂交优势杂种一代具有较强的生命力、适应性和抗病力强、繁殖旺盛、寿命长、容易饲养等优点，在很大程度上可以克服因近交繁殖所引起的各种近交衰退现象。

3．具有同基因型杂交Fl代虽然具有杂合的遗传组成，但个体间其基因型是整齐一釉．具有亲代双亲的特点，可接受不同个体乃至两个亲本品系的细胞、组织、器官和肿瘤的移植，

4．国际上分布广泛已广泛用于各类实验研究，实验结果便于在国际间进行重复和交流。

（三）杂交群动物在医学生物学中的应用

由于F1动物具有与纯系动物基本相同的遗传均质性，又克服了纯系动物因近交繁殖所引起的近交衰退，所以受到科学工作者的欢迎，在医学生物学研究中得到广泛应用。

1．干细胞的研究外周血中的干细胞是组织学中的老问题，大部分人认为大淋巴细胞或原淋巴细胞相当于造血干细胞。但在某些动物中，尽管在外周循环中发现了大淋巴细胞，一般也不认为有干细胞的存在。根据目前的研究，可以清楚地表明，来自F1小鼠正常的外周血的白细胞能够在受到致死性照射的父母或非常接近的同种动物中种植和繁殖，使动物存活和产生供体型的淋巴细胞、粒细胞和红细胞，这证明小鼠外周血中存在干细胞。因此， F1动物是研究外周血中干细胞的重要实验材料。

2．移植免疫的研究 F1动物是进行移植物抗宿主反应(graft versus host reaction， GVHR)良好的实验材料。可以鉴定出免疫活性细胞去除是否完全。如CBA小鼠亲代脾脏细胞经一定培养液孵育后注入D2CBAF1(DBA／2XCBA)小鼠的脚掌，对侧作为对照，如 CBA亲代小鼠免疫活性细胞去除干净时，将不会产生移植物抗宿主反应，否则相反。它可采用C57BL/6脾脏细胞悬液经一定培养液孵育后注入CBAB6F1(CBAXC57BL/6)小鼠脾脏，观察脾／体比重，或用2月龄DBA／2小鼠脾脏细胞经一定培养液孵育后注入D2CBAFl小鼠腹腔，测定其死亡率，鉴定免疫活性细胞的去除情况。

3．细胞动力学研究如选用CBAB6F1(CBAXC57BL/6)小鼠做小肠隐窝细胞繁殖周期实验；选用D2CBAF1(DBA／2XCBA)小鼠作小肠隐窝细胞剂量存活曲线；选用86DFl(C57BL／6JxDBA)受体小鼠观察移植不同数量的同种正常骨髓细胞与脾脏表面生成的脾结节数之问的关系等。

4．单克隆抗体研究 BALB／c小鼠常被用作单抗的研究，若BALB／c小鼠对一特定抗原不产生最适免疫应答时，可采用BALB／c小鼠与其他近交系的杂交一代小鼠产生抗体腹水，效果比单独用BALB／c好。