动物遗传学,实验动物 中国实验动物信息网 2020-10-13 544

　　一、遗传学基本概念

　　(一)染色体

　　处于分裂期的细胞核内，在光学显微镜下观察到的丝状体，称之为染色体(chromosome)。染色体的数量和形态因物种而异。染色体上排列着基因(gene)，DNA与组蛋白和非组蛋白相结合所构成的染色体是细胞核的主要成分。不同种类的生物体，细胞核中DNA的含量差别很大；而同种生物体不同组织的体细胞，其细胞核中DNA的含量却相同；性细胞核中DNA的含量只相当于体细胞核中的一半。动物的每一个体细胞均有两组同样的染色体叫二倍体，用2n表示，例如小鼠的体细胞为2n=40，性细胞为n=20。其中1对染色体与性别有关，称为性染色体(sex chromosome)，其余称常染色体(autosome)。在常染色体当中，每两条形状、大小相同的染色体组成一对，就称其为同源染色体(homologous chromosome)。同源染色体的一方来自父体，另一方来自母体。常用实验动物染色体数见表7-1。

　　(二)基因、等位基因与基因突变

　　1．基因  基因是细胞内染色体上DNA分子的特定片段，是传递遗传信息的基本单位。在动物体细胞中，只有1％～2％的基因处于活动状态，可以转录mRNA，这些基因呈疏松状态存在；其余基因则与组蛋白结合成为非活动状态的高级螺旋。不同细胞有不同的活动基因和非活动基因谱，这是细胞分化的基础。

　　2．等位基因  基因以直线方式排列在染色体上，每个基因都有自己特定的座位。凡在同源染色体上占据相同座位的基因，称等位基因(allele)。种群中一个座位的基因有两种或两种以上的变化形式，称为复等位基因(multiple alleles)。许多基因有复等位基因，使得生物群体有很大的变异性。这对生物群体非常有利，多样化的个体便于适应不同环境条件，例如控制血型等免疫学性状的基因位点就属于复等位基因。

　　3．基因突变  每只动物都从它们的双亲获得两套基因，其中一套来自父亲，另一套来自母亲。每套有成千上万个基因，同时它们都能稳定地传给下一代。但在其传递过程中某个基因可能会偶然发生变异，即基因突变(mutation)。所谓基因突变就是DNA分子长链上的碱基发生了改变或染色体上某一座位上的遗传物质发生了变异。在自然条件下发生的突变称自然突变或自发突变(spontaneous mutation)，用人工方法诱发的称为诱发突变(induced mutation)。突变存在普遍性，即影响各种性状的基因均可发生突变。突变具有可逆性，这一规律在实验动物学中很重要，当我们利用突变动物时，如果保种工作不好，突变种有可能回复到野生型。

　　(三)性状

　　性状(character)是指在任何生物体中，可以观察到的形态、生理、生化或心理等特征。不同的性状是由起作用的基因在表达过程中与环境相互作用的结果。毛色的黑色与褐色、有毛与无毛等非连续性变异，能明确分辨的性状称作质量性状(qualitative character)，而体重、身长、寿命等变异有连续性但不能明确分级的性状叫作数量性状(quantitative character)。由于数量性状的表型是通过测定得到的连续观察值，各个观察值(表现型)不能与基因型直接对应，因此进行选择时必须使用群体平均值或标准差等统计量进行分析。

　　(四)基因型频率与基因频率

　　这两个概念是群体遗传学的范畴。在此，试考察一下常染色体上一个基因位点的A与a这一对等位基因，其可能的基因型有3种，即A／A、A／a和a／a，在群体内这3种基因型的比例便可以作为群体遗传组成的指标。由N个个体组成的群体中，A／A、A／a及a／a基因型的个体数为n1、n2，n3(n1+n2+n3=N)，则该群体中存在的A／A、A／a、a／a基因型的比例(P、Q、R)分别为：

　　A／A= P=n1／N

　　A／a型 Q=u2／N

　　a／a型 R=n3／N

　　P、Q、R即称作基因型频率(genotype frequency)。其次，从群体内存在的A与a基因的比例来看，该群体是由N个个体组成的，故相对应的基因位点为2N。再者，基因型为A／A的个体有2个A基因，A／a型个体有1个A基因，故群体内A基因的比例(p)为3／4。

　　(五)孟德尔遗传定律及其扩展

　　孟德尔(Mendel，1865)用豌豆的花色(白花与紫花)、种子的形状(饱满圆形与皱缩)等7对相对性状为指标，进行杂交实验，得出了孟德尔遗传定律。实验动物的遗传规律仍然遵循这一定律，现以小鼠为例加以说明。

　　1．一对相对性状和分离定律  将每代只生产有色品系的小鼠与白化(Albino，白色皮毛红眼珠)小鼠交配，产生的杂交一代(first filial generation，F1)小鼠均为有色。F1所显示的有色性状称为显性性状(dominance)，F1所缺的白化体性状则称为隐性性状(recessive)。这就是孟德尔显隐性定律(low 0f dominance)。其次，F1相互交配产生的杂交二代(F2)中有色性状与白化性状各占一定比例(3：1)，称之为分离定律(10w of segregation)。此种现象可用支配皮毛有无色素的基因座位(allele)来解释。如将支配有色的基因写成C，而决定白化的基因写成c，则显隐性定律与分离定律的关系

　　2．两对以上的相对性状和自由组合定律  如上所述，一对呈显、隐性关系的基因控制的性状按分离定律遗传。而两对或更多对性状又是怎样遗传的呢?两对相对性状，例如有色、有毛小鼠与白化、无毛小鼠交配时，F1均为有色、有毛的小鼠。F1相互交配所得的F2，则是有色有毛、有色无毛、白化有毛与白化无毛的小鼠各占一定比例，即9：3：3：1。此时如果只看有色与白化，或有毛与无毛，都是按3：1分离的。亦即有色与白化性状对有毛、无毛性状并无影响，而有毛、无毛性状对有色与白化性状也没有影响。这些等位基因互相独立，各自起遗传作用，称为自由组合定律。有完全显隐关系的等位基因，当存在互相独立遗传的n对等位基因时，其交配所产生的F2理论分离比为(3+1)n的展开式。

　　3．不完全显性与共显性  等位基因之间的显隐性关系不明显，杂合体(Aa)的表型介于纯合显性与纯合隐性的表型之间，而不是与纯合显性者相同。这种性状的遗传方式称为不完全显性(incomplete dominance)、半显性(semi dominance)、非显性(non dominance)。小鼠的W基因(显性白斑，dominant spotting)即相当于此。杂合体(W／+)皮毛上出现白斑，纯合体(W／W)皮毛是白色。不同的表型具有双亲双方性状时称为共显性(codominance)。需要强调的是，遗传监测中电泳图上看到异构蛋白或同工酶的性状与某些免疫学性状在遗传上很少有显隐性关系，一般多为共显性的特征。

　　4．伴性遗传  性染色体上的基因，其遗传方式与常染色体的有所不同。贫毛基因(sparse-fur，Spf)即是一例，纯合的贫毛雌鼠与正常雄鼠交配时，其F1雌鼠正常而雄鼠贫毛。这是因为贫毛基因位于X染色体，F1雌鼠从双亲各得一条X染色体，所以遗传的基因为+／Spf，其表型正常。然而雄鼠的染色体组合是XY，即雄鼠只继承亲代的1条X染色体，而且Y染色体上没有X染色体上的Spf基因，故基因型为Spf／Y(半合子，hemizygous)，表型则为贫毛。这种现象称为伴性遗传(sex-linked inheritance)。

　　二、实验动物品种、品系

　　(一)种

　　种(species)是生物学分类的*基本单位。在实验动物学中，种是指可以相互交配且后代有繁殖能力的同一种类的动物。

　　(二)品种

　　作为种以下的分类单位，用于对家畜和实验动物方面的称呼，并非动物分类学的划分。品种(stock，hreed)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。一般用于封闭群，如新西兰白兔、大耳白兔、Wistar大鼠、KM小鼠等。

　　(三)品系

　　在实验动物学上把基因高度纯合的动物称作品系(strain)动物。通常是指近交系和突变系，例如，C57BL／6是近交系动物中的一个品系，裸鼠是带有突变基因(nu／nu)的品系动物。

　　三、遗传学分类

　　从遗传学角度来讲，实验动物是具有明确遗传背景并受严格遗传控制的动物。根据遗传特点的不同，将实验动物分为近交系、封闭群、杂交群等，不同的实验要求使用不同品种、品系的实验动物。此外，根据基因类型可以分为相同基因型和不同基因型，相同基因型包括近交系和杂交群(F1)，不同基因型包括封闭群和突变系等动物。