三、异单基因近交系
相同近交品系的动物内,如果发生了单个基因的突变,而培育成的新的近交品系称异单基因近交系(Colsognic Inbred Strain)。譬如近交系小鼠129的种群中,某些个体发生了“肌萎缩症”的隐性遗传突变,由dy基因控制这个性状。这个突变育成了dy的突变品系,称为129-dy。这样129与129-dy便互交成为了同类系,因为它们两系除dy一对等位基因之外,其他基因都基本是一致的。这一对同类系是天然发生而通过人工选择育种的成功的,用这一对同类系来对肌萎缩症进行对比研究有重大价值。其他诸如在贫血方面的研究等等,也有许多类的例子。
同源导入近交系和异单基因近系通称为同类系,并称同源株(Congenic stock),是在一个近交品系内发生了一个重要的单个基因突变,或者通过一系列的多次杂交和回交把一个基因导入一个近交背景品系内部形成与原株相对应的同源株。
其命名是在原来品系或亚系名称符号之后加一连接号“-”,再写一斜体字的基因符号。如果这个基因是隐性的则字母全用小写,如果是显性的则第一个字母用大写,如DBA/Ha-D,129-dy等。
如果突变基因或导入基因仍处于杂合状态,则在“-”后添一加号“+”,再加基因符号,如A/Fa—+C,C3H/N-+Wj。
当同类系是采取中制杂合近亲繁殖的,则其分离位点是否写出随意,例如129或129-CcbC;SEAC-a+/+se或SEAC/Gn。
通过反复杂交将显性基因导入一个近交品系里,至少回交7代才能建立同类系,因此要在括号内标明回交代数,如C57BL/6-Wv+(N8)。(Wv是“活显性白斑”基因,是W的等位基因)。至于代数计数,是把第一次杂交(bybrid)的F1计算为第一代,第一次回交所产生的下代计算为第二代,以此类推。
同源株如在两个品系杂交中形成,其命名符号,一般是由最初杂交的两个品系的命名符号所形成,例如,B1O,D2/OSnN(特征是缺少补体5),O代表Old(老),BIO·D2/OsnN(特征是有补体5和脑积水者较常见),n代表new(新)。
我国现已引进的突变同类系(异单基因近交系)有:C57BL/6J-Ob/Ob,为先天性肥胖型动物模型,血糖偏高。C57BL/KS-db/db,为Ⅰ型糖尿病模型。C57BL/6J-bg/bg,为NK细胞缺陷的模型。
四、遗传工程与近交系的发展
遗传工程是70年代兴起的一门崭新的科学技术,它使人类进入了定向控制生物遗传性状的新阶段。
所谓遗传工程也就是根据人们的意愿,采用工程建筑的手法,按照预先设计的方案,借助于实验室手段将一个生物体的遗传物质定向地转移到另一个生物体中去,使后者获得人类希望的性状,成为一个新的“物种”。这们就打破了传统的、必须经过两性杂交的育种方法,使原来在自然状态下根本不可能发生有性繁殖的两种生物的基因结合在一起了。
遗传工程的概念可分为广义的和狭义的两种。广义的遗传工程包括细胞工程、染色体工程和基因工程三类,使用的是细胞生物学方法和分子生物学方法,包括细胞融合、细胞拆合、染色体导入和基因或DNA分子的转移等。广义的遗传工程又称为微生物工程或细胞工程。狭义的遗体工程仅限于基因工程。
早期的遗传工程的研究工作大多数是在病毒、噬菌体和细菌中进行的。因为这些生物的遗传物质比较简单,容易搞清楚遗传物质与生物性状之间的关系。随着知识的积累,技术的提高,现在越来越多的遗传工程实验开始在高等哺乳类动物身上进行了。这尤其促进了近交系小鼠的发展。
(一)细胞工程与近交系小鼠的发展
1.嵌合体小鼠(Mouse Aggregation Chimeras)的育成。嵌合体小鼠技术是由Tarkowski和Mintz分别在华沙和费城发展的(见图3-5)。他们首先用两对不同品系的近交系小鼠在同一时刻进行纯交,为了使其后代便于区分,常选择毛色不同品种的近交系小鼠例如选用白毛的SJL小鼠与黑毛色的BL/10小鼠。当受精卵分裂为8分裂球时,分别将它们从各自母体的子宫上分离下来。然后用蛋白酶消化分裂球外面的明带,使分裂球“裸露”。并在37℃的条件下,将来自两个品种的两个分裂球彼此接触,任其粘成一个具有双倍体积的早期胚胎。将早期胚胎继续培养到具有128~256个细胞的胚囊。这时,不同毛色品系的细胞相互混杂发育在一起。然后,通过手术把胚囊移植到寄养母鼠的子宫内,让它继续发育,直至出生。新生小鼠长出毛后,其毛色表现为既不象父亲SJL品系的全白色,也不象母系BL/10品系的全黑色,而是表现出黑、白条或块状的毛色。这说明新生鼠的组织是由“黑色”细胞和“白色”细胞嵌合而成的,是一只嵌合体小鼠。
图3-5 嵌合小鼠育成
近交同类系动物也是近交系动物,它除了一小段带有可辩的目的基因染色体外,在遗传上与原来已建立起来的那个近交系完全一致。近交同类系动物的培育,是选用带有目的基因的个体与已经建立起来的近交系杂交建立起的。应用近交同类系动物可以研究多基因系统中一个基因的特殊作用,施耐尔博士(Snell)是第一个应用这种体系进行组织移植基因研究的,建立了同类抵抗系学说,为小鼠的主要组织相容性抗原的研究做出了巨大贡献,为此获得了1981年的诺贝尔奖金。
同类系动物的命名基于如下两种方式。一种是带有近交品系和供体品系的复合符号,中间带有一点,例:B6·AKR。第二种命名法是近交品系后面加上一横,然后标上供体品系特异的基因位点的符号。这样B6·AKR也可以写作B6-H-2k。对于最近培育的同类系,小鼠遗传标准命名委员会建议同时采用两种方式,这样B6·AR或B6-H-2k应该写为B6·AKR-H-2k。
如果进一步研究嵌合体小鼠的其它性状,还可以发现嵌合体小鼠将双亲的各种不同的性状都嵌合起来了。例如Mintz(1967,1971)证明用DBA/2和C3H两种不同品种的近交系所嵌合的后代具有不同的异柠檬酸脱氢酶(IDH-1)或苹果酸脱氢酶(MDH),利用电泳技术可以将它们彼此分开。除了双亲具有的酶以外,嵌合体内有时还可以发现第三种酶,即双亲的“杂种”或异多聚酶。以上的工作对于细胞水平的遗传性研究是具有重要意义的,受到人们越来越多的重视。
嵌合体小鼠近年来已应用于细胞和组织的动力学研究,如研究小肠上皮细胞移行规律及其定位等。