第二章 实验动物的遗传学控制
第二章 医学实验动物的标准(刘迪文)
（一）医学实验动物微生物学控制标准 根据国家标准，在我国实验动物的微生 物控制等级主要分为4个标准，即普通级、 清洁级、无特定病原体（SPF）级和无菌级， 后者又衍生出悉生动物和已知菌动物。 分别介绍各种等级动物的概念、要求及 适用性等。
（二）医学实验动物微生物质量控制 1、对生产供应单位的要求； 2、质量要求； 3、动物包装、运输、传递要求； 4、实验单位要求：相应配套的实验设施、 实验室管理和操作制度，管理住进入动物实验 区域的各个关口，防止外来微生物进入饲养区 域。 5、微生物质量检测。
二、医学实验动物微生物学控制标准 意义：理想的实验动物能够客观的反映 实验的真实性，求得研究的成功。然而，环 境的微生物往往要感染动物或使动物携带微 生物，结果引起动物发生疾病，或机体抵抗 力下降，有些微生物能直接干扰实验，最后 导致实验失败。因此，实验动物携带的微生 物必须加以控制，并实行标准化，规定哪级 动物允许携带那种微生物，不允许携带那种 微生物，以便研究人员选择、减少浪费。
第二章 医学实验动物的标准
浙江大学医学院 刘迪文
医学实验动物标准是对实验动物和动物实验 制定提出的准则和规范化要求，通过标准化可以 保证实验结果可靠及科学研究获得成功，包括实 验动物质量、动物实验条件标准及人员操作规范。
第一节
医学实验动物质量控制标准
本节主要介绍实验动物本身质量的控制标准， 就像其他产品一样必须严格控制，包括遗传学和 微生物学质量控制标准。
（三）医学实验动物遗传质量检测及控制
遗传质量检测的意义：实验动物的遗传组 成容易变化，影பைடு நூலகம்动物质量。本方法监视和判 断实验动物的遗传组成，为育种、品系鉴定、 购入动物遗传特性和质量评价等提供依据。 方法有多种。根据检测结果判断动物的质 量，决定是否留弃。 近交系及远交系动物遗传质量检测方法不 同。
2.第二章 实验动物遗传质量控制
近交衰退 ( inbred
inflation )：
指在近交过程中动物群体由于基因分离和纯合而 产生的不利于个体和群体发育的现象
近交衰退包括：
由于有害隐性基因的纯合，出现遗传缺陷或某种疾
病发生率的提高
影响繁育如产子数下降、母性不良 个体发育不良，对环境的适应性差
亚系 ( substrain )：
一、概念
近交系( inbred strain )： 经过近亲（全同胞兄妹或亲子）交配，个体基因 组中98.6%以上的等位位点为纯合，近交系数大于99% 的动物群体。至少经连续20代以上近亲交配培育而成
高度近交的品系具有稳定的生育能力 动物来源：封闭群、两种近交系的杂交后代或野生动 物 动物数量：1对或几对 命名：C3H（F130）
（二）重组近交系( recombinant inbred strain
RI)
概念：
由两个无血缘关系的近交系杂交后得到F2代， 分组分别连续20代以上兄妹交配而育成的一组近 交系 在两个近交系杂交生育杂种一代之后，杂种一代互 交生育杂种二代，从杂种二代中随机选择个体配对， 连续进行20代以上的兄妹交配 重组近交系提供亲代的两个近交系称为祖系 (progenitor strains)
应用： 类似人群体遗传的异质性组成，在药物筛
选、毒性试验方面有不可替代的作用 可大量供应，用于预试验、教学 用于携带突变基因研究，成为生理学、胎 胚学和医学研究的模型
第四节 杂交群
杂交群（hybrids）、杂交一代动物（fist generation） 群体，简称F1代
定义：由两个不同近交品系杂交产生的第一代
四、常用近交系品系
第二章 实验动物遗传质量及其对动物实验的影响
第二章实验动物遗传质量及其对动物实验的影响绪论回顾1：实验用动物的分类绪论回顾2：实验动物通过人工培育和人工改造，对动物携带的微生物，以及遗传质量和营养状况，饲养环境等实行控制，来源清楚，遗传背景明确，提供适用于科学研究,教学,生产,检定以及其他科学实验的动物。
绪论回顾3：实验动物质量的标准化实验动物的性状表现主要是由遗传因素和环境因素决定。
绪论回顾5：动物实验需要其结果具有良好的重复性，就必须要求实验动物具有稳定的演出型。
绪论回顾6：遗传型的控制，包括：相应的严格的繁殖制度和遗传质量检测第一节实验动物遗传学分类及其特性一、标准的国际通用命名规则:一个品系只能有一个名字，不同的人在不同的时间、地点做实验，他们只要根据名字，就能使用相同的品系，他们的结果就具有可重复性或可比性。
国际实验动物科学协会（ICLAS）小鼠遗传标准化命名委员会二、实验动物的种、品种和品系种：在生物分类学上，“种”是动物分类的基本单位，由自然选择形成。
同种动物交配能顺利繁殖后代，而异种动物存在生殖隔离。
品种：品种是种以下的非自然的单位，是人为选择的产物。
根据不同需要把动物的外形和生物学特性进行改良，选择和定向培育，使之具备某些生物学特性，这些特性能稳定遗传，同种动物中具有不同遗传特性的动物称为不同的品种。
品系：品系是根据不同的实验目的，采用近亲交配方式繁殖，且遗传背景明确的动物。
具有:独特的生物学特性、相似的外貌、稳定的遗传特性因此，品系和品种是实验动物分类的基本单位。
一. 近交系Inbred strain1.近交系动物的概念经至少连续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，近交系数达到98.6%以上,该品系称为近交系。
经连续20代以上亲代与子代的交配，与全同胞兄妹的交配具有同等效果。
2.近交系数F动物个体的基因组成中纯合子占所有基因型的比率。
它反映了动物在不同代次的纯化程度。
第二章实验动物的遗传与繁殖
第二章实验动物的遗传与繁殖实验动物的遗传规律符合一般生物学遗传原理，离开遗传学的基本知识就难以提供适于当今科学发展水平所需的实验动物。
实验动物是以科学实验为目的，专门培养的动物。
由于科学工作者在实验研究中对实验动物不断提出更高的要求，希望有各种更为合适的动物类型来完成科学实验，因而促使实验动物工作者从遗传学控制的角度选择、培育和生产实验动物。
从遗传学的观点来看，实验动物是遗传学限定的动物。
第一节实验动物的遗传学原理一、遗传与变异生存与繁殖是生物体的两个基本特征，生物体在自然界中生存，不仅需要维持生命,进行正常的新陈代谢活动，而且需要繁殖，产生与自己相似的个体，以保证物种世代延续。
这种后代在形态、生理、生化等方面的特征与亲代的一致性，称为遗传。
遗传现象是生物界的一个普遍现象。
但在实践中，若仔细地检查子代的各方面特性，就可以发现或多或少在某些方面与亲代不一样，子代的个体间也存在着差异。
最常见的如子代的身长、体重与它们双亲不一致；正常的健康群中出现的生理缺陷，如侏儒、小耳、白化、无胸腺等病态。
这种后代与亲代或者兄弟、姐妹间的不一致性，称为变异。
变异有不同的类型，有的可以遗传，有的不能遗传。
凡是遗传物质发生变化的变异可以遗传。
反之，遗传物质没有改变的变异则不能遗传。
例如，将鼠的尾巴截去造成人为变异，即短尾, 但这种小鼠的后代仍是长尾, 这种截尾的实验连续进行20代，结果后代仔鼠依然是长尾。
由此说明，截尾虽然可以产生变异，但没有改变鼠的遗传物质，所以这种变异不能遗传。
此外,确实存在一种短尾的小鼠，“短尾”的特性是可以遗传的,由存在于第17对染色体短臂上的T-t基因控制，与H-2基因连锁，T基因是野生型基因,呈显性，表现型为长尾；t基因是突变型,呈隐性，tt纯合子表现型为短尾。
遗传的突破即是变异，变异的巩固即是遗传。
没有变异，遗传只是生命的机械重复，生物不会进化。
没有遗传，即使产生了变异，其特征也不会传给后代。
动物实验技术7实验动物遗传学控制
出现生育能力和生活能力的下降
近交系数（inbreeding coefficient）
是指群体中某个体通过遗传携带两个同源 等位基因(同一基因的拷贝)的概率。 在兄妹交配到20代时，近交系数为98.6%， 意味着任何一个位点上，带有两个同源基因 的概率为98.6％，个体的所有基因平均有98.6 ％是同源的，而同源基因自然就是纯合基因。 剩下1.4％的非同源基因就有可能是杂合基因。
在近交系动物中具有不同遗传特性的动物称为品 系，如C57BL/6J小鼠、BALB/C小鼠
品种一般指具有一些容易识别和人们所需要的性 状，而且可以基本稳定遗传的动物群体称为品种， 如KM小鼠、NIH小鼠、大耳白兔
实验动物的一个品种、品系应该具 备以下四个条件：
相似的外貌特征 独特的生物学特性 稳定的遗传性能
个体性（individuality) 每一个品系从物种的整个基因库中只能 获得极少部分基因，这些基因的组合构成了
品系的遗传组成，所以各品系之间具有不同
的基因型和表型
各个品系具有各自独特的表型特征。 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。
目前国际上公认的250个近交品系小
鼠间，均各有明显的区别，有其不同的反 应性和敏感性。如自家免疫病鼠、白内障 鼠、脑积水鼠、多尿症鼠、缺乏免疫球蛋 白M鼠、对胰岛素敏感鼠等等
因此可用较少量的
近交品系动物，达
到统计需要的精密
度。
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 近交系动物在近交中，隐性基因纯
合性状得到暴露，产生明显的生物学 特点，如先天畸形、先天性糖尿病、 高血压、高肿瘤发病率、对某些因子 敏感和耐受等，这些特点是医学领域 研究的理想材料
第二章 实验动物遗传控制
（二）同源导入近交系（Congenic Inbred Strain）
• 同源导入近交系是通过杂交-互交（Cross-intercross）或回交 （Backcross）等方式将一个基因导入到近交系中，由此形成的一 个新的近交系与原来的近交系只是在一个很小的染色体片段上的 基因不同，称为同源导入近交系，也称同类近交系。
• 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，并具有新的多态性基因位点。
• 已广泛应用于新的多态性基因位点和新的组织相容性位点的鉴定、 多态性位点的多效性和连锁关系的研究和探测，以及临界特性的 遗传分析。除此之外，也用于寿命、自发性和诱发性疾病感受性 的研究，还用于生理学、药理学、形态学和行为特性的生物统计 分析等方面的研究。重组近交系的发展和使用，是哺乳类动物遗 传学中的最重要的发展之一。
• 同源导入近交系动物，除了导入基因外，其余的基因组成和原来 近交系之间是相同的。如果把同类近交系与原来的近交系做比较 研究，可以正确地分析导入基因的特定性状。
三、重组近交系
• 重组近交系（Recombinant Inbred Strain简称RI） 重组近交系是由两个无关的高度近交品系进行交配，产生F2代后， 再行全同胞交配达20代以上而育成的一个近交系列组动物。
（三）近交系动物的繁殖 • 近交系动物的繁殖可分为基础群(Foundation stock)、血缘扩大群
（Pedigree expansion stock）和生产群（Production stock）。 • 基础群和血缘扩大群严格以全同胞兄妹交配方式进行繁殖。动物不超过
5～7代都应能追溯到一对共同祖先。生产群动物一般以随机交配方式进 行繁殖。生产群动物随机交配繁殖代数一般不应超过4代。其培育方式有 以下三种见图3-1。
实验动物学-遗传学控制
配。从遗传上来说，近交系的培育是从 群体多态杂合的遗传组成中，选择保留 一小部分，淘汰其它大部分的一个过程。 经过20代近交后，近交系的个体有 98.6%的遗传位点是纯合的，因此个体 间的遗传差异很小。然而，不同近交系 之间由于近交而固定的基因不同，遗传 差异很大。
近交系数：指群体中某个体通过遗传，
3、亚群（支系）的命名是在品系（亚系） 的名称后加双斜线号，再加上保持者名 称的缩写。例如：C57BL/6J//Lac指由英 国实验动物中心（Lac)维持的C57BL/6J 品系的亚群。 某些技术上的处理，则应该用小写英文 字母作为相应的符号加以注明。例如： C3HfC57BL表示由C57BL品系代乳的C3H 品系，通常也可缩写为C3HfB6。
在动物分类学中，“种“（spcies)是动 物分类的基本单位。而实验动物学品种 (stock)、品系(strain)的概念超出了一般动物 学分类的概念，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、品系，它们 各自有其品种品系的特征。品种、品系才是 实验动物分类的基本单位。
实验动物品种品系应具备的四个 基本条件：
二、命名：
近交系动物的命名，尤其是近交系小鼠
的命名已由国际统一规定，由国际实验 动物科学委员会（ICLAS）的小鼠标准 化遗传命名委员会制定了命名法，并由 该组织对各国培育的新品系作鉴定和认 可。
对承认的近交系四年公布一次，其中包
括各个品系的历史、来源、独特的生物 学特性等介绍，以及培育者的人名、单 位名的规定写法和遗传背景，基因组成、 缩写符号及标准命名等。这些资料供全 世界参考，在进行新的命名时可避免重 复及混乱。 近交系动物国际命名法是近交系动物命 名的基本参照，循仿小鼠命名法，类似 的近交系命名规则已在许多其它动物中 应用。
第二章实验动物的遗传学分类及其质量控制
第⼆章实验动物的遗传学分类及其质量控制1、品种:⼀般指具有⼀些容易识别和⼈们所需要的性状，⽽且是可以稳定遗传的动物群体。
通常把封闭群动物称为品种，如新西兰⽩兔、KM⼩⿏等。
2、品系:实验动物学上把基因⾼度纯合的动物称为品系动物，通常指近交系、突变系动物3、近交系:⾄少经过20代以上的连续全同胞交配或亲⼦交配，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的动物群。
4、重组近交系:两个⽆⾎缘关系的近交系杂交后得到F2代，分组分别经连续20代以上的兄妹交配⽽育成的近交系列组动物。
祖系：为重组近交系提供亲代的两个近交系5、同源突变近交系:两个近交系除了⼀个指明位点等位基因不同外，其它遗传基因全部相同的品系。
即是某个近交系在某基因位点上发⽣突变⽽分离出的近交系亚系，与原近交系的差异只是发⽣突变的基因位点上带有不同的基因，⽽其它位点上的基因完全相同。
6、同源导⼊近交系:通过基因导⼊的⽅法将⼀个⽬的基因导⼊某个近交系的基因组内，由此形成的⼀个近交系与原来的近交系只是在⼀个很⼩的染⾊体⽚段上基因不同。
7、封闭群:以⾮近亲交配⽅式进⾏繁殖⽣产的实验动物种群，在不从外部引⼊新的个体的条件下，⾄少连续繁殖4代以上，称为封闭群，亦称为远交群8、杂交群:两个或两个以上品系动物之间交配产⽣的后代。
由两个⽆关的近交系杂交繁殖的第⼀代动物称为杂交F1代动物。
实验动物学所说的杂交群通常是杂交F1代动物9、普通级动物:是微⽣物控制要求最低的动物，要求不带有动物烈性传染病和⼈兽共患病病原10、清洁动物:除不带有普通动物应排除的病原外，还不应携带对动物危害⼤和对科学实验⼲扰⼤的病原体。
必须来源于SPF 动物或⽆菌动物11、⽆特定病原体动物:SPF动物，除⼀级、⼆级动物应排除的病原外，还应排除有潜在感染或条件致病菌以及对科研⼲扰⼤的病原。
来源于⽆菌动物或悉⽣动物12、⽆菌动物:动物体内外的⼀切微⽣物以⽬前⼿段尚不能检测出来13、悉⽣动物:已知菌动物，将已知菌植⼊⽆菌动物的体内，因植⼊菌类数量不同可分为单菌、双菌或多菌动物。
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2.大写英文字母加数字命名，如C57BL、C3H。
3.用数字表示，如129、615等。
有时还标注近交代数。通常在品系代码后加括号，先 写“F”，后写代数；如615(F25)表示615小鼠，近交代数为 第25代。
亚系（Substrain)：
• 亚系的概念和形成原因 近交系的亚系分化是指一个近交系内各个分支的动物 之间，已经发现或十分可能存在遗传差异的现象。
第二章 实验动物的遗传 学控制
2020年4月22日星期三
第一节 概述
一、实验动物在动物分类学上的位置
在分类学上，根据动物的解剖、外形、生 理生化等相似程度，在界的下面再依次分为 门、纲、目、科、属、种六个基本阶元。
以小鼠为例
• 界（Kingdom） 动物界
• 门（Phylum）
脊椎动物门
• 纲（class）
特别是遗传工程动物，可以说在某种程度上是 “人造动物”。
¤品种（stock）：是种以下的非自然分类 单位，由人工选择和定向培育出来的， 具有某些生物学特性，能稳定遗传。
¤品系（strain）：是实验动物分类学上 的专用名词，采用一定的交配方式繁殖 且祖先明确的动物群。
品系的三大特征：独特的生物学特性， 相似的外貌特性，稳定的遗传特性。
鲸目Cetacea
食肉目Carnivore 鳍足目Pinnipedia 长鼻目Proboscidea 奇蹄目Perissodactyla 偶蹄目Artiodactyla
动物名称 犰狳 刺猬、鼩鼱、鼹鼠 蝙蝠 猕猴、狨猴、树鼩 兔、鼠兔 大鼠、小鼠、豚鼠、金黄地鼠、旱獭 、黑线仓鼠、棉鼠、长爪沙鼠、 须鲸、齿鲸、白鳍豚
猫、犬、鼬 海豹 亚洲象 马、驴、骡、犀牛 牛、羊、鹿、猪
二、种、品种与品系的概念
¤种（Species）：是生物分类学上的基本单位 ，由自然选择形成。在一般情况下，同种动 物能共同生活、交配、繁衍后代，而异种动 物之间存在生殖隔离，即使相近种的动物交 配产仔，其后代也没有繁殖能力。
各种实验动物虽然来源于其野生型祖先，但它 们已经经过人工长期选择、驯化与培育，与其祖先 有着极为显著的差异，如实验小鼠、大鼠等在遗传 概貌、生活习性等方面不同于其野生型。
哺乳动物纲
• 目（order）
啮齿目
• 科（family）
鼠科
• 属（genus ）
小鼠属
• 种（species ）
小鼠种
常用哺乳类实验用动物分类学地位
目的名称 贫齿目Edentata 食虫目Insectivora 翼手目Chiroptera 灵长目Primates 兔形目Lagomorpha 啮齿目Rodentia
亚系命名： 品系名称后加斜线、数字和培育者的缩写。
• 近交系、亚系综合命名法实例： C57BL/6J：C代表Cold Spring Harbor Laboratory(冷泉港实验室)，57为第57号 雌鼠，BL即Black(黑色)，6为亚系， J代 表Jackson(杰克逊)实验室。
品系全称 BALB/c C57BL C57BL/6 C57BL/10 C57BR C3H CBA DBA/1 DBA/2 AKR RⅢ HRS/J
• 通常下述三种情况会发生亚系分化。 1. 在兄妹交配代数达 40 代以前形成的分支（即分支发
生于 F20至F40 之间）；
2. 从共同祖先分开 20 代以上，因突然变异和遗传漂变 导致品系内遗传分化；
3. 经遗传分析已发现一个分支与其他分支存在遗传差异。 产生这种差异的原因可能是残留杂合、突变或遗传污染 （genetic contamination）（即一个近交系与非本品 系动物之间杂交引起遗传改变）。
• 近交系数：是指在近亲交配情况下各代减少异质基因/增加纯合 基因的百分数。
• 近交系数的计算公式： Fn = 1 – （1 – ΔF）n
代数 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
F 0 .250 .375 .500 .594 .672 .734 .785 .826 .859 .886
代数 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
近亲交配有三种形式：兄妹交配、母子交配和父女交配，最 常用的形式是全同胞兄妹交配。
近交系(inbred strain）是指采用连续全同胞兄妹 交配（brother-Sister inbreeding）20代以上而 培育成的动物。
近交系动物因其基因型高度纯合，等位基因趋于完全一致， 近交系数可达98.6%，血缘系数达99.6%，个体间差异极小 ，因而用于实验重复性好，对各种刺激反应均一，实验结果 准确。
三、实验动物按遗传学控制的分类方法
按遗传学控制分类，可将实验动物分为： • 近交系 • 封闭群（远交系） • 杂交群
不同类别动物其交配和保种方式不同。
第二节 近交系动物
什么是近交？什么是近交系？
近交(inbreeding)即近亲交配。从一个动物群体中 有意识地选用血缘关系比较接近的雌雄个体进行交 配。
♀亲代近交系 X ♂亲代近 交系
如：CXB1、CXB2… …
F1代兄妹交配 兄妹交配
连续20代以上
几种特殊类型的近交系
2.重组同类系（
recombinant congenic
近交系A×近交系B
strain，RC）
F1代×近交系A
• 由两个近交系杂交后，子代 与两个亲代近交系中的一个 近交系进行数次回交（通常 回交2次），再经不对特殊基 因选择的连续兄妹交配（通 常大于14代）而育成的近交 系。
常用近交系缩写符号
缩写符号 C B B6 B10 BR C3 CB D1 D2 AK R3 HR
几种特殊类型的近交系
1.重组近交系（
recombinant inbred
strain，RI）
近交系A×近交系B
• 由两个近交系杂交后，再 经连续20代以上兄妹交配 培育成的近交系，称为重 组近交系。
• 命名：
F .908 .926 .940 .951 .961 .968 .974 .979 .983 .986
血缘系数：一个群体中个体之间基因组成的相似程度用数值来表示。
（二）近交系命名
由于近交系动物品系繁多，命名颇为杂乱。国际上已规 范近交系动物的命名，其规则是根据动物的来源、历史和 培育经过，以一系列字母和数字作为品系代码（strain code）来表示。