实验动物繁殖方案的选择与使用

实验动物繁殖方案

实验动物(experimental animal)是经人工饲育，对其携带的微生物实行控制，遗传背景明确或者来源清楚的，用于科学研究、教学、生产、检定以及其他科学实验的动物。实验动物是遗传限定动物。活体动物对外界的刺激反应特性在本质上是由动物的基因决定的。不同遗传背景的实验动物对同一实验处理的反应性可能是不同的。为了保证实验研究结果的相对均一性和可比性，必须对动物的基因杂合性进行限定。实验动物是按照遗传学原理，经过人工培育，对其基因进行限制，具有遗传背景明确、来源清楚的特点。
 

动物的基因型、表现型、演出型和环境之间的关系模式图

从遗传学角度讲，实验动物是具有明确遗传背景并受严格遗传控制的遗传限定动物。根据其遗传特点的不同，实验动物分为近交系、封闭群、杂交群、突变系和由遗传工程产生的新型品系。
 

1. 近交系动物

近交系(inbred strain)是指至少连续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。近交系小鼠是科研工作中常用的一种动物，在育种过程中推荐严格的“同胞兄妹交配”进行繁殖育种。要注意的一点是，在公司大规模繁育饲养的过程中，近交动物一般分为基础群(同胞兄妹交配)、血缘扩大群(同胞兄妹交配)和生产群(随机交配)，在常规购买近交系动物时多为生产群动物，如果有特殊繁育要求，建议和实验动物供应商确认动物种群。
 

近交系红绿灯繁殖方案

除了普通近交系外，近交系还分为重组近交系、重组同类系、同源近交系等，不同的近交系繁育方式不同。

2. 封闭群动物

ICLAS(国际实验动物科学委员会)规定，以非近交方式进行繁殖生产的一个种群，在不从外部引入新的血缘条件下，至少连续繁殖4代以上称为封闭群。封闭群在繁殖过程中，要尽可能降低近交系数的增长率，一般选择随机交配的方法进行繁殖(随机交配是任何一个雌性或雄性的个体与任何一个相反性别的个体交配的概率都相同，保证基因频率和基因型频率保持恒定)。

3. 杂交群动物

杂交群动物：是指两个不同近交系之间进行有计划的交配。杂交所产生的第一代动物，即F1代动物(F1-hybrid)，具有两亲本遗传特性或产生新的遗传特性的动物群。杂交群动物的繁殖比较简单，只是将两个用于生产杂交F1代动物的亲本品系或种群进行交配，所得仔代即为F1代动物。F1代动物直接用于实验，不能留种。
 

杂交系动物繁殖系谱图

4. 突变系动物

突变系动物是指正常染色体的基因发生突变而具有了各种遗传缺陷的动物，进行定向培育成的近交系;或用遗传学方法将突变基因导入已育成的近交系，这样具有突变基因的近交系称为突变系。突变系动物在繁育过程中与转基因动物繁育方法类似。

5. 由遗传工程产生的新型品系

随着基因编辑技术的发展，科研人员制作了各种新型转基因动物，转基因动物是指以实验方法导入外源基因，在染色体组内稳定整合并能遗传给后代的一类动物。这种动物在使用的过程中很多都是需要我们自主繁殖的。

一般来说，我们定制的转基因动物一般会获得Founder(F0代)或者是F1代小鼠。比如CRISPR/Cas9技术是通过把Cas9蛋白/mRNA/质粒和gRNA等物质显微注射到小鼠受精卵中，再将注射的受精卵移植到代孕雌鼠的子宫内，代孕母鼠生的小鼠就是F0代小鼠。由于原核注射后DNA随机性，得到的每只F0都不相同，且每只F0代表一个独立的line，不同F0小鼠的表达会有差异。因此F0代小鼠不能直接应用于实验、也不能彼此交配进行繁殖，所有的F0代动物要与野生型动物进行交配，以稳定遗传并获得稳定的转基因小鼠品系，繁殖方案如图:

在转基因小鼠进一步繁育建系过程中，一般根据基因的作用确定繁育方案。在纯合基因不影响生殖发育的情况下，一般纯合子交配并保持近交交配即可，子代动物不需要进行基因型鉴定，繁殖方案如下：

如果纯合基因致死，或者双性发育不良，则采用同胞兄妹杂合子交配的方案进行繁殖，子代需要进行基因型鉴定，繁殖方案如下：

如果纯合基因导致动物单性别发育不良，则采用杂合子和纯合子交配的方案进行繁育，获得的子代杂合子或纯合子，子代需要进行基因型鉴定，繁殖方案如下(以雌性发育不良为例)：

多基因敲除小鼠进行繁育或者使用两种或两种以上现有品系进行育种时，除了要考虑每一个基因对发育的影响外，还要考虑各基因是否连锁遗传，并针对每种基因的不同繁殖方案进行合并分析。

总之，实验动物繁育是一个既简单又复杂的过程，各位老师要根据自己的目的和动物进行合理的选择，并在繁育过程中根据动物的状态进行调整。