第二章 实验动物的分类
第三节 实验动物的遗传分类
基本内容
封闭群的定义、命名、特点、分类和繁殖。
杂交群的定义、命名、特点、分类和繁殖。
突变系动物的定义、命名、分类和繁殖。
目的和要求
掌握封闭群、杂交群和突变系的概念、命名、特点；
了解封闭群、杂交群和突变系的分类和繁殖。
重点和难点
封闭群、杂交群和突变动物的定义、命名
封闭群、杂交群的特点
三 封闭群 (Closed colony)
（一）封闭群的概念
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情况下，至少连续繁殖4代以上，封闭群也称远交群（outbred stock）。
（二）封闭群的命名
由2～4个大写英文字母命名，种群名称前标明保持者的英文缩写名称，第一个字母须大写，后面的字母小写，一般不超过4个字母。保持者于种群名称之间用冒号分开。
如：N:NIH
表示由美国国立卫生研究院（N）保持的NIH封闭群小鼠。
把保持者的缩写名称放在种群名称的前面，而两者之间用冒号分开，是封闭群动物与近交系命名中最显著的区别。
（三）封闭群的特点及应用
目前以小鼠为例，国内外使用的大部分是近交系和封闭群；而从使用量上封闭群远远超过近交系。
这是因为近交系品系繁多，不易大量生产，往往仅使用设备条件较好的研究机构或专门科研人员亲自保种使用，大大限制了其使用范围。
而封闭群则不然，因具有以下两个方面的特点而得到广泛的应用。
1 遗传组成保持一定的杂合性
封闭群动物是不从外部引入任何新的基因，同时进行随机交配，群体内的基因不会丢失，但群体内个体间保持着一定的杂合性。
2 具有较强的繁殖力和生产力
因封闭群动物采用的交配方式避免了近交衰退现象的出现，表现为每胎产仔多、胎间隔短、仔鼠病死率低、生长快、成熟早、对疾病抵抗力强、寿命长等优点；
加上饲养繁殖时无须详细的谱系记录。
因此封闭群动物容易生产、成本低、可大量生产和充足供应，因而广泛应用于预实验、教学和一般性实验等。
目前常用的封闭群动物有：
昆明小鼠、NIH小鼠、Wistar大鼠、SD大鼠、青紫兰兔、新西兰兔等，尤其是中国昆明小鼠是目前使用最多的动物，约占小鼠用量的70%。
（四）封闭群动物的繁殖方法
1 引种原则
（1）作为繁殖用原种的封闭群动物必须遗传背景明确，来源清楚，有较完整的资料（包括种群名称、来源、遗传基因特点及主要生物学特性等）。
（2）为了保持封闭群动物的遗传异质性及基因多态性，引种动物数量要足够多，但过大的群体又会造成生产成
本的增加，因此，引种时要从多方面来考虑，一般啮齿类封闭群动物引种数目不能少于25对。
2 繁殖
（1）繁殖原则
封闭群动物繁殖关键是保持封闭群动物的基因异质性和多态性，避免近交系数随繁殖代数增加而上身过快。
因而在封闭群的繁殖时应该保持封闭群条件，随机的、以非近亲交配方式进行繁殖，保持每代近交系数上升不能超过1%。
（2）繁殖交配的方法
封闭群的繁殖方法有：
按随机数表配对法
分组交配法
循环配对法。
按随机数表配对法
将断奶后的小鼠编号，按随机数表组成配种对。
分组交配法
将被选留的种鼠分组编号后，雌雄分笼饲养。
配种时雌雄种鼠应按组别交叉配种，即1×3、2×4、………（n-1）×1，n×2。
当n=4时，（n-1）×1即为3×1，配对后组成A、B、C、D四组。
再将A、B、C、D四组生下的小鼠分别按顺序定位1、2、3、4重复上面的循环。
分组交配法
循环配对法
每盒仅仅1对种鼠，每代种鼠的对数相同，每盒种鼠在下一世代中仅留1对后代。
把所有的鼠盒按一个圆圈排列，每个盒子包含1对第n代的小鼠，下一个循环称为n+1代，子代雌雄分别进入它下一代循环对应编号邻近的盒子里，此时，雄鼠按逆时针方向循环，雌鼠按顺时针方向循环。
循环交配法
（3）繁殖方法的选择
封闭群的种群大小及交配方法是导致封闭群的繁殖过程中近交系数上升的主要因素，应根据种群雄性数量的大小选择适宜的繁殖交配方法。
当封闭群种每代交配的雄种动物数目为10～25只时，一般采用循环交配法。
当封闭群种每代交配的雄种动物数目为26～100只时，一般采用循环交配法或分组交配法。
当封闭群种每代交配的雄种动物数目多于100只时，一般采用随机交配法也可采用分组交配法。
（4）近交系数的增长率
对于封闭群来说，纯合基因位点的增长率越低越好，每代应低于1％，但是近交系数增长率与核心群动物的数量和繁殖体系有关。
四 杂交群（Hybrid colony animals）
（一）定义
杂交群是两个不同近交系动物杂交所产生的第一代动物，也称为杂交一代动物（F1代动物）。
NOTES
（1）基因来源
杂交群动物每个位点上的两个等位基因分别来源于两个亲本品系。
如果亲本品系之间某位点上的基因相同，则杂交系在这个位点上就为纯合基因.
相反，如果不相同，则为杂合基因。
尽管杂交系携带有许多杂合位点，但其个体在遗传上是一致的。
因此杂交群属于遗传均一，基因相同和表现型一致的动物，是生物医学研究中常用的四种类型（封闭群、近交系、F1代和突变型）之一。
（2）杂交
一代繁殖后不能保持遗传组成
不能进一步繁殖而同时保持其遗传组成不变。因为杂交一代带有许多杂合位点，进一步交配繁殖杂种二代就会出现遗传分离和基因重组，个体间的一致性也就随之消失。
如何生产杂交一代动物？
（二）杂交群的命名
雌性亲代名称在前，雄性亲代名称在后，两者之间以大写英文字母“X”相连表示杂交，将以上部分用括号扩起，再在其后标明杂交的代数。
如：(C57BL/6 X DBA/2)F1
同样两个近交系，由于所用的雌雄不同，则F1因母体环境不同或性染色体的不同而出现不同。
如：C3H品系小鼠是高发乳腺癌，它与C57BL/6交配时，采用C3H雄与C57BL/6雌交配，所得到乳腺癌发病率低的F1动物。因为乳腺癌因子可通过母乳传递给后代，而C57BL/6是低发乳腺癌品系，因此可以获得低发乳腺癌的杂交一代。
反之，则得高乳腺癌的F1动物。
（三） 杂交群的特点
1 具有杂交优势
F1代动物的生命力旺盛，适应性好、抗病力强、繁殖率高、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引起的近交衰退现象。
此外经过杂交，从一亲代来的隐性有害基因与另一亲代来的显性有利基因组合，成为杂合子，隐性有害基因的作用被显性有利基因的作用所掩盖，而出现杂种优势。
2 具有遗传和表型上均质性
虽然F1代的基因型不是纯合子，但基因型却是一致的，故遗传稳定；表现型也应该是一致。
就某些生物学特征而言， F1代比近交系动物具有更高的一致性，不易受环境因素变化的影响。
3 具有同基因性
F1代虽然是具有杂合的遗传组成，但其基因型是整齐一致的，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 国际上应用广泛
个体间遗传物质一致、表现型一致，故用来作实验能得到比较一致的实验结果，且重复性好，故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。
（四）繁殖
F1代依靠两个近交系杂交而来，它不能作为繁殖用，必须保持两个亲代品系才能大量繁殖F1代杂种。
1 杂交组合的选择
根据研究需要和各个品系特性选择杂交组合，考虑以下条件：
（1）其遗传特征能表现出杂交优势的品系。
（2）具有实验研究所需要的特性的品系。
（3）两个品系间具有较强的亲和力和较小的异质差异。
2 繁殖方法
繁殖的目的是为了能在一定时间内，提供较大量的遗传均一的实验动物，因此交配方法最好采用循环交配或定期交配进行生产。
这种交配方法可使90～95％的SPF小鼠在同居后第一个发情期怀孕，因此每胎生产日期比较集中，可成
批提供数量较多，体重和年龄较为接近的F1代小鼠。
四 突变系（Mutant strain）（P130）
（一）突变
1 定义
遗传物质发生可遗传的改变及所引起的表现型的改变。
只有性细胞发生突变才能遗传给后代。
2 突变的分类
突变分为染色体畸变和基因突变。
（1）染色体畸变
包括染色体结构或染色体数目发生变化。
A 染色体结构的变异
改变了基因在染色体上的位置和顺序，是由于某种较强烈的外界因素或内部因素的影响，使染色体发生一个或多个断裂，当断裂处彼此黏合时发生结构的变化。
a 缺失
染色体丢失了某一区段，该区段上的基因也随之丢失。
缺失对生物的发育及配子的活动都有影响，影响程度取决于缺失区段的长度及丢失基因在生命活动中的重要性。一般来说，丢失杂合体的影响较小，而缺失纯合体多数不能活。
b 重复
染色体增加了与自身相同的某区段。
重复对生物发育和配子生活里的影响较轻微。
c 倒位
染色体上某区段基因的排列顺序发生180°的倒位。
倒位杂合体是高度不育的，但倒位纯合体完全正常，不影响个体的生活力，但它与未倒位的个体不能产生后代，形成“生殖隔离”。
d 易位
两对非同源染色体间转移了某个区段。
易位不改变染色体数目及基因数量，只改变了某些基因的位置，其结果是改变了正常的连锁群。
B 染色体数目的变化
a 整倍体的变化
如单倍体、三倍体、四倍体等。
b 非整倍体的变化
单体：某对同源染色体缺少了1条。
多体：某对同源染色体增加了1条或多条。
缺体：缺失了1对同源染色体。
（2） 基因突变
A 基因突变的发生
基因突变是DNA上的碱基排列顺序、内容、数目发生了变更。
导致合成的蛋白质也发生了变化或不能合成，从而引起性状的改变。
B 基因突变的分类与突变率
自发性突变是自然发生的；
诱发性突变是有意识地应用一些理化因素所引起的。
突变基因是原基因的等位基因。
发生基因突变的个体称为突变体；
突变体占总个体数的比率叫突变率。
C 体细胞突变和性细胞突变
体细胞突变不能遗传，性细胞突变可以遗传。
D 显性突变和隐性突变
一般以隐性突变为多。
E 可见突变
基因突变的效果可以从表型观察到。
F 生化突变
突变的结果导致机体生化过程的改变，广义上一切突变都是生化突变。
G 致死突变
显性致死只要一个基因发生致死突变，个体就可发生死亡；而隐性致死必须当2个等位致死基因结合在1个个体上才发生致死作用又称纯合致死。
H 基因突变的特点
基因突变是基因本身改变为它的等位基因，具有以下特点
：
突变的多次性：即同一突变可以再度发生。
突变的可逆性：从A到a，a到A。
突变的多方向性：A到a1，a2，a3等。
突变的有害性和可利用性：大多数基因突变对动物有害，但也促进动物的进化。
（二）突变系动物（ Mutant strain animals）
1 概念
突变系：带有突变基因的品系；
突变系动物：具有特殊突变基因的品系动物，具有遗传和变异的特点。
2 分类
按动物突变基因的来源和保存方法分为:
同源突变近交系
基因导入近交系
分隔近交系
3 突变系的培育
4 突变系动物应用
思考题
1. 名词解释：封闭群、F1代、突变系
2. 封闭群和F1代的特点有哪些？
3. 如何对封闭群动物进行繁殖？
下次课的教学内容
1 实验动物的遗传监测
2 实验动物的微生物学分类及监测