實(shí)驗(yàn)動(dòng)物繁殖方案的選擇與使用

實(shí)驗(yàn)動(dòng)物(experimental animal)是經(jīng)人工飼育，對(duì)其攜帶的微生物實(shí)行控制，遺傳背景明確或者來源清楚的，用于科學(xué)研究、教學(xué)、生產(chǎn)、檢定以及其他科學(xué)實(shí)驗(yàn)的動(dòng)物。實(shí)驗(yàn)動(dòng)物是遺傳限定動(dòng)物�；铙w動(dòng)物對(duì)外界的刺激反應(yīng)特性在本質(zhì)上是由動(dòng)物的基因決定的。不同遺傳背景的實(shí)驗(yàn)動(dòng)物對(duì)同一實(shí)驗(yàn)處理的反應(yīng)性可能是不同的。為了保證實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果的相對(duì)均一性和可比性，必須對(duì)動(dòng)物的基因雜合性進(jìn)行限定。實(shí)驗(yàn)動(dòng)物是按照遺傳學(xué)原理，經(jīng)過人工培育，對(duì)其基因進(jìn)行限制，具有遺傳背景明確、來源清楚的特點(diǎn)。
 

動(dòng)物的基因型、表現(xiàn)型、演出型和環(huán)境之間的關(guān)系模式圖

從遺傳學(xué)角度講，實(shí)驗(yàn)動(dòng)物是具有明確遺傳背景并受嚴(yán)格遺傳控制的遺傳限定動(dòng)物。根據(jù)其遺傳特點(diǎn)的不同，實(shí)驗(yàn)動(dòng)物分為近交系、封閉群、雜交群、突變系和由遺傳工程產(chǎn)生的新型品系。
 

1. 近交系動(dòng)物

 

近交系(inbred strain)是指至少連續(xù)20代的全同胞兄妹交配培育而成，品系內(nèi)所有個(gè)體都可追溯到起源于第20代或以后代數(shù)的一對(duì)共同祖先。近交系小鼠是科研工作中常用的一種動(dòng)物，在育種過程中推薦嚴(yán)格的“同胞兄妹交配”進(jìn)行繁殖育種。要注意的一點(diǎn)是，在公司大規(guī)模繁育飼養(yǎng)的過程中，近交動(dòng)物一般分為基礎(chǔ)群(同胞兄妹交配)、血緣擴(kuò)大群(同胞兄妹交配)和生產(chǎn)群(隨機(jī)交配)，在常規(guī)購(gòu)買近交系動(dòng)物時(shí)多為生產(chǎn)群動(dòng)物，如果有特殊繁育要求，建議和實(shí)驗(yàn)動(dòng)物供應(yīng)商確認(rèn)動(dòng)物種群。
 

近交系紅綠燈繁殖方案

 

 

除了普通近交系外，近交系還分為重組近交系、重組同類系、同源近交系等，不同的近交系繁育方式不同。

 

2. 封閉群動(dòng)物

ICLAS(國(guó)際實(shí)驗(yàn)動(dòng)物科學(xué)委員會(huì))規(guī)定，以非近交方式進(jìn)行繁殖生產(chǎn)的一個(gè)種群，在不從外部引入新的血緣條件下，至少連續(xù)繁殖4代以上稱為封閉群。封閉群在繁殖過程中，要盡可能降低近交系數(shù)的增長(zhǎng)率，一般選擇隨機(jī)交配的方法進(jìn)行繁殖(隨機(jī)交配是任何一個(gè)雌性或雄性的個(gè)體與任何一個(gè)相反性別的個(gè)體交配的概率都相同，保證基因頻率和基因型頻率保持恒定)。

 

3. 雜交群動(dòng)物

雜交群動(dòng)物：是指兩個(gè)不同近交系之間進(jìn)行有計(jì)劃的交配。雜交所產(chǎn)生的第一代動(dòng)物，即F1代動(dòng)物(F1-hybrid)，具有兩親本遺傳特性或產(chǎn)生新的遺傳特性的動(dòng)物群。雜交群動(dòng)物的繁殖比較簡(jiǎn)單，只是將兩個(gè)用于生產(chǎn)雜交F1代動(dòng)物的親本品系或種群進(jìn)行交配，所得仔代即為F1代動(dòng)物。F1代動(dòng)物直接用于實(shí)驗(yàn)，不能留種。
 

雜交系動(dòng)物繁殖系譜圖

 

4. 突變系動(dòng)物

突變系動(dòng)物是指正常染色體的基因發(fā)生突變而具有了各種遺傳缺陷的動(dòng)物，進(jìn)行定向培育成的近交系;或用遺傳學(xué)方法將突變基因?qū)�入已育成的近交系，這樣具有突變基因的近交系稱為突變系。突變系動(dòng)物在繁育過程中與轉(zhuǎn)基因動(dòng)物繁育方法類似。

 

5. 由遺傳工程產(chǎn)生的新型品系

隨著基因編輯技術(shù)的發(fā)展，科研人員制作了各種新型轉(zhuǎn)基因動(dòng)物，轉(zhuǎn)基因動(dòng)物是指以實(shí)驗(yàn)方法導(dǎo)入外源基因，在染色體組內(nèi)穩(wěn)定整合并能遺傳給后代的一類動(dòng)物。這種動(dòng)物在使用的過程中很多都是需要我們自主繁殖的。

一般來說，我們定制的轉(zhuǎn)基因動(dòng)物一般會(huì)獲得Founder(F0代)或者是F1代小鼠。比如CRISPR/Cas9技術(shù)是通過把Cas9蛋白/mRNA/質(zhì)粒和gRNA等物質(zhì)顯微注射到小鼠受精卵中，再將注射的受精卵移植到代孕雌鼠的子宮內(nèi)，代孕母鼠生的小鼠就是F0代小鼠。由于原核注射后DNA隨機(jī)性，得到的每只F0都不相同，且每只F0代表一個(gè)獨(dú)立的line，不同F(xiàn)0小鼠的表達(dá)會(huì)有差異。因此F0代小鼠不能直接應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)、也不能彼此交配進(jìn)行繁殖，所有的F0代動(dòng)物要與野生型動(dòng)物進(jìn)行交配，以穩(wěn)定遺傳并獲得穩(wěn)定的轉(zhuǎn)基因小鼠品系，繁殖方案如圖:

 

 

在轉(zhuǎn)基因小鼠進(jìn)一步繁育建系過程中，一般根據(jù)基因的作用確定繁育方案。在純合基因不影響生殖發(fā)育的情況下，一般純合子交配并保持近交交配即可，子代動(dòng)物不需要進(jìn)行基因型鑒定，繁殖方案如下：

 

 

如果純合基因致死，或者雙性發(fā)育不良，則采用同胞兄妹雜合子交配的方案進(jìn)行繁殖，子代需要進(jìn)行基因型鑒定，繁殖方案如下：

 

 

如果純合基因?qū)е聞?dòng)物單性別發(fā)育不良，則采用雜合子和純合子交配的方案進(jìn)行繁育，獲得的子代雜合子或純合子，子代需要進(jìn)行基因型鑒定，繁殖方案如下(以雌性發(fā)育不良為例)：

 

 

多基因敲除小鼠進(jìn)行繁育或者使用兩種或兩種以上現(xiàn)有品系進(jìn)行育種時(shí)，除了要考慮每一個(gè)基因?qū)Πl(fā)育的影響外，還要考慮各基因是否連鎖遺傳，并針對(duì)每種基因的不同繁殖方案進(jìn)行合并分析。

 

總之，實(shí)驗(yàn)動(dòng)物繁育是一個(gè)既簡(jiǎn)單又復(fù)雜的過程，各位老師要根據(jù)自己的目的和動(dòng)物進(jìn)行合理的選擇，并在繁育過程中根據(jù)動(dòng)物的狀態(tài)進(jìn)行調(diào)整。