實驗動物科學:第一節(jié)　近交和近交系

一、近交

實驗動物的近交（Inbreeding)即近親繁殖，是指血緣關系極為相近的個體之間或遺傳組成極相似的個體之間進行的交配繁殖。是培育近交系動物的必須手段，通過近交使一個種群達到接近完全純合程度，即所有同源染色體的相對位置都具有相同基因的狀態(tài)。因此，通過同胞兄妹或親子交配可以較快獲得近交品系動物。

從同一祖先獲得遺傳物質，一條得自父，一條得自母，來源于共同祖先的小動物自交，它們得自父母同基因比非近交者多。近交和非近交繁殖時親緣關系可見圖3-1。

圖3-1　近交和非近www.gydjdsj.org.cn交時親緣關系示意圖

近交可以降低雜合性，可以將群體分離為不同的品系，然而近交的結果也必將出現(xiàn)近交衰退。

二、近交后引起的變化

（一)近交可以增多純合性，也就是降低雜合性（Reduction　of　the　terozygosity)

自然界的動植物在遺傳上一般都是雜合子體，故最初培育近交系動物都是取源于雜種，換句話說也就是取源于異型接合體動物。動物的遺傳純度取決于交配動物之間遺傳關系的遠近。因此近交系動物通過長期近親交配而建立的。通過純育后，動物的雜合性逐漸降低，因而純度逐漸增高，使基因位點變?yōu)榧兒献�，使它們的表現(xiàn)型趨向一致性，如A與a基因頻率相同，但基因型分配變化，經過一定代數(shù)的兄妹交配，則不再有雜合子，而獲得遺傳穩(wěn)定的AA與aa近交品系，見表3-1。同胞兄妹或親子交配連續(xù)20代以上就培育成近交系，為了保持該系的遺傳特點，必須繼續(xù)近交，并不得因突變或遺傳漂移而丟失。

表3－1　近交引起的基因純合情況

P（A)=0.5　p(a)=0.5

實驗動物交配繁殖中的一些概念和符號。

1．純合子：同源染色體的相對位點上具有兩個相同的基因稱為純合子（Homozygote)，如AA（顯性純合子)，aa（隱性純合子)。

2．雜合子：兩個基因不相同時，即由一個顯性基因和一隱性基因結合而成的雜合子交（Heterozygote)，如Aa。

3．雜合子的a位點：即指a位點上兩個位點為A/a。

4．純合子的等位點：用A/A或a/a表示。

5．顯性突變位點用D表示，隱性突變位點用r表示。

6．D和r位點在繁殖制度中被稱作重要位點（Loci　of　interest)，因為它們是控制位點分離的。

7．D位點上的等位基因為A/D，r位點上的等位基因為A/r。

8．以在一個位點上的等位基因A/A、a/A、a/a三種基因型進行組合將產生九種交配形式，可歸納為以下四類交配系統(tǒng)。

（1)純合子交配（Incrosses)：為親代相同的顯性純合子交配，如A/A×A/A和a/a×a/a。

親代：♂ＡＡ×♀ＡＡ　子代：基因型AA，表現(xiàn)型A。

（2)雜交（Crosses):為親代不相同的純合子交配，如A/A×a/a和a/a×A/A。
親代：♂ＡＡ×♀aa　子代：基因型Ａa　，表現(xiàn)型A。

（3)回交（Backcrosses)：為親代顯性純合子與雜合子交配。如A/A×a/A；a/A×A/A；a/A×a/a和a/a×a/A
親代：♂Ａa×♀Aa　子代：基因型：1AA，1Aa　表現(xiàn)型：A，均為顯性野鼠色。

（4)自交或稱互交（Intercrosses)：親代為兩個雜合子交配：如a/A×a/A。
親代：♂Ａa×♀Aa　子代：基因型：1/4AA，2/4Aa,1/4aa。表現(xiàn)型：3/4A，1/4a。

C57BL黑色a，C3H野鼠色，二者皆為純合子。二者雜交：

種系中純合性的程度通常以近交系數(shù)（F)表示，所謂近交系（Coefficient　of　inbreeding)也就是一個種系的個體中，兩個等位基因具有相同來源的概率，通常以0～1之間的尺度來表示。F=0為完全雜合，F(xiàn)=1表示完全純合。F值隨近交繁殖連續(xù)的代數(shù)而遞增。增加的比率決定于交配動物親緣關系的密切程度。根據(jù)Feiconer（1960)的研究，認為全同兄弟姐妹交配，近交系前幾代數(shù)值不恒定，如前四代近交系數(shù)上升率分別為28%、17%、20%和19%，以后每代上升率就恒定為19.1％。故Felconer提出一個便于計算的公式：Fn=1-(1-△F)n。n表示近交代數(shù)，△F是每進一代的近交系數(shù)上升率。例如繁殖了10代，△F為19%，代入公式，則

F10=1-（1-0.19)10=1-(0.81)10=1-0.1216=0.8784=87.84%

也就是說繁殖到第10代時，純度可達到87.84%，還有12.16%是雜合的。由于交配方式不同，其△F也各不相同，同胞兄妹交配△F為19.1%，同父異母交配11.0%，回交（親子交配)19.1%，堂兄妹交配為8%。全同胞兄妹或親子交配前20代的近交系數(shù)計算狀況可見表3-2。

表3－2　Felconer近親系數(shù)表

注：近交系不改變頻率。

（二)近交可將群體分離為不同基因型的品系（Splitting　of　the　Population　into　Lines　of　Different　Gentypes)

原始種群經過近交分為若干近交系，在不同等位基因的不同位點上變?yōu)榧兒献�。原始種群的小鼠兄妹交配連續(xù)20代之后分離出兩支等位基因A和a的近交品系：

1．等位基因A的品系：只生產野鼠色后代。

2．等位基因a的品系：只生產黑色后代。

近交品系動物的獲得，可使原來雜合子的動物增加純合性（Homozygosity)，從而提高基因型的穩(wěn)定性，獲得想要的品系，實驗者可以從動物的特定性狀中進行選擇。

（三)近交可引起近交衰退（Inbreeding　Depression)

親緣接近的交配所產生的后代常常會出現(xiàn)生長、成活、生育、抗病、適應環(huán)境等能力的減退，這種現(xiàn)象稱之為近交衰退，如何克服和解決這個問題，是培育近交系動物的關鍵所在。由于近交衰退的緣故，從一個供繁殖的種群培育和建立一個近交系時，往往需要從雜交群或幾個近交系開始才能成功，而且的近交幾代后，有些系可以因生育或生活率低而斷絕；留下的受近交衰退影響較小的后代有些可以維持下來，而另外的也可能最后被淘汰。也由于同樣的原因，過去建立的某些近交系，現(xiàn)在只有某些亞系還仍然存在，有些不能全部存活，甚至難以維持。

近交衰退發(fā)生的原因是多方面的，從遺傳學的角度解釋主要有兩點：

1．有害的隱性基因的暴露。一般病態(tài)的突變基因絕大多數(shù)都是隱性的，所以處于雜合狀態(tài)時是不表現(xiàn)出病態(tài)或不利的性狀。這些有害基因的作用可被顯性的雜合子等位基因所掩蓋，但經過一段近親繁殖，純合的基因（純合子)比例漸漸增多，于是有害的隱性基因相遇成為純合子而顯出作用，出現(xiàn)了不利的性狀，對個體的生長發(fā)育、生活和生育等產生明顯的不利影響。例如雜種動物所帶有的不育的隱性基因往往被其顯性的等位基因所掩蓋，而不表達其不育的性狀，但由于純育，動物的純合性逐漸增高，不育的現(xiàn)象也就表現(xiàn)出來了。

2．多基因平衡的破壞。個體的發(fā)育受多個基因共同作用的影響，雖然其中每個基因的作用效應微小。對環(huán)境適應較好的野生或雜交動物，由于自然選擇的作用有利于保存那些生物適應能力較強的基因組合具有平衡的多基因系統(tǒng)，近交繁殖往往會破壞這個平衡，造成個體發(fā)育的不穩(wěn)定。

近交衰退往往在近交培養(yǎng)過程中的最初若干世代中表現(xiàn)出來，以后經過一定的人工選擇，帶有純合有害基因的動物被逐漸淘汰，或者由于無意識地保留了一小部分的雜合性，經過5～10代左右的培育繁殖，后代中生育與生活力可以逐漸穩(wěn)定，不再下降。

由于近交系動物是采用近親繁殖方式，因此容易引起生活力的降低、生長繁殖力退化、抗病力降低等近交www.gydjdsj.org.cn/yishi/衰退變化，為了防止這些問題產生，應注意如下幾點：

1．為防止種群傳代終斷，可采用回交方式（即父×女或母×子)而不計算近交代數(shù)，這樣可以維持種群不致在繁殖中終斷。

2．飼料營養(yǎng)的保證很重要，在一般傳代至5～7代時會出現(xiàn)生命力下降，生長繁殖退化，或出現(xiàn)產仔畸形等情況，因此應在飼料中適當增加營養(yǎng)成分以保證子代生長發(fā)育正常。

3．在傳代中注意檢查子代的情況選優(yōu)去劣，選擇體質健康、生殖力旺盛的后代而不能選擇體弱繁殖力差的動物。

4．近交到6～7代時，可出現(xiàn)致死的有害基因，而且這種致死基因隨近交代數(shù)增加而不斷升高，可引起個體死亡，為此，培育近交品系，開始不必用同窩兄妹交配，用同父異母，或同母異父的兄妹交配，如待近交品系建立后再改變致死基因則很困難。