實驗室小鼠遺傳漂變對研究結果的影響

在飼養(yǎng)小鼠的過程中，我們常常
會遇到以下場景：
1、鼠群中的小鼠通常有黑色的被毛，但是在最后一窩中，有只小鼠的被毛上卻有一個小白點。雖然不打算用它開展繁育或?qū)嶒灒�但還是覺得這種情況有點奇怪 
2、我的鼠群中沒有足夠多的對照小鼠，所以只能從另一個實驗室鐵子那里拿到一些同品系小鼠 
3、接手了2年前離開實驗室的博士后的一個基因敲除小鼠種群
 
如果以上描述你有一條“中招”，那么就要警惕起來，說明你的實驗可能會受到遺傳漂變的影響！
  
   
遺傳漂變是指基因組DNA的自發(fā)變化，可能在小鼠繁育的任何世代出現(xiàn)。漂變以DNA復制或修復錯誤的形式出現(xiàn)，這些錯誤會在生殖細胞中傳遞。
 
遺傳漂變可能以微小的、看似微不足道的方式發(fā)生；也可以突然產(chǎn)生顯著變化并造成巨大的影響。
  
遺傳漂變發(fā)生時，品系的表型和實驗結果可能都會發(fā)生改變。遺傳漂變的發(fā)生不易感知，大多數(shù)時候，我們都忽視了它的存在。
 
有時您知道發(fā)生了遺傳漂變，而大多數(shù)時候，您并不知道。
 
    
遺傳漂變的是否具有危害性，取決于需要問詢的對象，但毫無疑問的是，大多數(shù)研究人員都不希望他們的小鼠基因組發(fā)生遺傳漂變。
 
帶有小白點的黑色小鼠（示例1）就是一個簡單的視覺提示，表明鼠群中發(fā)生了遺傳漂變。
  
有些人可能認為這種被毛變化不是什么大事，但是，一些被毛突變其實會產(chǎn)生其他表型后果，例如免疫力或生育力變化（圖1），這對我們的實驗有著很大的影響。 圖 1：這些Kit突變在20世紀30年代和40年代，在不同的繁育鼠群中自發(fā)出現(xiàn)。除色素形成方面的可見缺陷外，Kit基因的突變會導致免疫力和生育力缺陷。
 
另外，如果發(fā)生的遺傳漂變沒有引起明顯的表型怎么辦？
 
一個真實的案例：
    
   
通過遺傳漂變，小鼠基因組在20個連續(xù)近交世代中積累了足夠大的變化，可以視彼此為亞系。20個近交世代可以在大約五年的時間內(nèi)發(fā)生，就實驗可重復性而言，這樣的速度很快。沒有人愿意面對這樣的情況：在上一個資助周期中有效的結果現(xiàn)在卻可能由于遺傳漂變而無效。
 
那些與同事共用小鼠的研究人員（示例2），需要意識到小鼠的來源很重要。
 
如果兩位研究人員分別從JAX購買FVB小鼠和從其他供應商處購買FVB小鼠，那么這些FVB小鼠屬于不同的亞系，并且預計其基因組會存在很大的差異。
 
即使兩位研究人員都是利用JAX的小鼠開始構建FVB鼠群，但兩人的鼠群事實上一直保持著彼此隔離的狀態(tài)，經(jīng)過多年獨立繁育的累積遺傳差異相加，可能會得到不同的亞系，實驗結果也許就不一樣了（圖2）。 圖2：在20代連續(xù)近親交配后，形成小鼠亞系。雖然這些實驗室各自的繁育世代都沒有超過20代，但實驗室A與實驗室B的小鼠之間相隔20代，可能得出不同的實驗結果。
 
    
遺傳漂變無法防止嗎？也并不是如此。一些科學發(fā)現(xiàn)表明實驗并非必然會受遺傳漂變的影響，只要主動采取一些針對遺傳漂變的措施即可。
 
完全防止漂變的唯一辦法是停止繁育小鼠（如果想要繼續(xù)使用小鼠作為模式生物，那么這種方法并不適用）。
 
為長期維持和保險起見，可以考慮冷凍保存小鼠。
萬一發(fā)生漂變，就可以利用冷凍庫復蘇該品系和原來的表型。
 
另一種方法是：
通過回交到合適的近交系或混合遺傳背景，“更新”品系的遺傳背景。在基因敲除繁育鼠群中（示例3），如果每5-10個繁育世代更新一次品系的遺傳背景，將會降低遺傳漂變積累的風險。
 
當然，只有在追蹤譜系信息和已發(fā)生的近交世代數(shù)時，才能知道何時需要更新。為了確保更新時涵蓋性染色體，可以嘗試以下回交方法（圖3）： 圖3：為確保性染色體適當回交或更新以最大程度減少遺傳漂變：
▲1 利用“已漂變”鼠群中的純合雌性小鼠（藍色XX染色體）與來自值得信賴的供應商提供的近交系雄性小鼠（紅色XY染色體）進行繁育，產(chǎn)生雜合幼仔 （N1）。
▲2 在下一代，利用N1雜合雄性小鼠（藍色X，紅色Y）與來自值得信賴的供應商提供的近交系雌性小鼠（紅色XX）交配，產(chǎn)生N2回交小鼠。
▲3 重復步驟2：利用N2雜合雄性小鼠（現(xiàn)在攜帶紅色XY）與近交系雌性小鼠（紅色XX）交配，產(chǎn)生N3回交小鼠。
▲4 最后，將雌性與雄性N3雜合小鼠（現(xiàn)在所有性染色體均呈紅色，并“經(jīng)過更新”）交配，重新獲得純合小鼠（未顯示）。
 
    
值得注意的是，只有使用由值得信賴的供應商提供的近交系小鼠品系時，更新才能夠提供幫助，該供應商會采用鼠群管理策略減少遺傳漂變對其鼠群的影響（例如我們的遺傳穩(wěn)定項目）。
 
正確更新和回交品系需要一段時間，但是通過確保鼠群基因組穩(wěn)定并且隨時間推移獲得可重復的實驗結果，將在競爭中居于領先地位。
 
最后，太多的科學出版物缺少有關如何設計、實施和分析研究的關鍵信息。當發(fā)表研究成果時，請務必使用正確的品系命名并加入有關繁育策略的詳細描述。
 
我們無法防止遺傳漂變的發(fā)生，但是通過加入詳細信息（例如亞系和鼠群管理策略）可以造福整個科研界，提高研究的可重復性。