基於FELASA實驗（yàn）小鼠（shǔ）遺傳質（zhì）量控製（zhì）和遺傳檢測工作（zuò）組的報告（gào），本公眾號前期文章《實驗大小鼠（shǔ）的遺傳質量控製和遺（yí）傳監測（cè）: 標準化實驗大小鼠分類》一文介紹了常見標準化齧（niè）齒類動物和幾種獲得遺傳工程齧齒動物的（de）基本方法。本文將繼續依據該報告的內容，重點（diǎn）介紹如何進行小鼠遺傳質量控製和遺傳監測。

當你的設施有新構建或者（zhě）引入一種GA（Genetically altered）齧齒類動物時，應完整記錄這（zhè）些動物的詳細信息。同時，這些信息也必須伴隨著相應動物品係一起傳遞（dì）給所有可能會使用它的（de）研究者。這些信息包括但（dàn）不限於：正確的品係名稱、對於突變（biàn）的完整描述（shù）、動物的（de）遺傳背景、基因鑒定方案和相關表型（xíng）描述等。設施管理者可（kě）以設計（jì）一些固（gù）定格（gé）式的表格用於記錄這些（xiē）信息。

關於命名法重要性的（de）概述（shù），可以參考“FELASA轉基（jī）因齧齒動物生（shēng）產（chǎn）和命名指南”。沒有一個公認的命名法，就（jiù）不可能準確地（dì）交流科學成果。同時模糊或不完整的命名會引發錯誤，會使（shǐ）實驗結（jié）果的可重複性降低。因此，應根（gēn）據國際命名規則命名不同品係。特別是當同一品係被保存在世界各地不同的設施或它們（men）被加（jiā）入數據庫中時，這一點顯得尤為重要。指導命（mìng）名的規則由國際小鼠和大鼠標準化（huà）遺傳命（mìng）名委員會製定，並不斷更新。這些規則最近一次修訂是在2016年1月，在（zài）MGI網頁的“小鼠和大鼠品係命名指（zhǐ）南”中有詳細（xì）描述。

遺傳變異的來源

齧齒類動物設施麵臨的一個重要挑戰是保持近交係的遺傳背景純正（zhèng），並將GA係動（dòng）物維持在明（míng）確的遺（yí）傳背（bèi）景之下。近交係的遺傳（chuán）變異可能由（yóu）以下因素產生：（a）意外（wài）的（de）雜（zá）交造成的汙染；（b）由於殘留的雜合性（xìng）或（huò）新的自發突變的固定造成的遺（yí）傳漂變。遺傳變異的引入通常有以下幾種途徑：

（1）遺傳汙染

來自一個近交係的個體與另一個來源的動物意（yì）外交配導致的基因汙染是（shì）近交係中遺（yí）傳譜係改變的最重要來源。這種（zhǒng）類型的基（jī）因汙染會導致等位基因發生突然的大規（guī）模改變，尤其在具有相同被毛顏色的品係中更容易發生，例如帶有白化等位基因(Tyrc /Tyrc )、agouti(A/A)或非agouti(a/a)的品係之間。因此在飼養具有相同（tóng）被毛顏色的（de）不同品係動物時需（xū）要格外（wài）小心（xīn），盡可能防止（zhǐ）其近距離接觸。有關（guān）小（xiǎo）鼠毛色遺傳，可參閱（yuè）本號前（qián）文《小鼠的毛色是如何形成的？》

（2）自發突變

自發突變是在個體中由於自然存在的誘變劑或DNA複製、轉錄、修複（fù）時偶然出現的堿（jiǎn）基配對錯誤而產生的（de）突（tū）變，是一種不受控製的遺傳變異來源，通常無法通過簡單的表型觀察或者常規的遺傳監測（cè）發現。

（3）遺傳漂變

遺傳（chuán）漂變是指某個小群體中，由於新突變的（de）出現以及殘留雜合性的等位基因（yīn）逐步固化在純合狀態，並（bìng）取代了原來的等位基（jī）因的過程。

當同一品係在（zài）不同地方獨立繁殖時，遺（yí）傳漂變對品係的分化和亞品係的產生有不可忽視的作用。小鼠亞品係的例子很多，例如，已（yǐ）發現有（yǒu）10個有記錄的BABL/c亞係和15個（gè）C57BL/6亞係，包括來自傑克遜實（shí）驗室的C57BL/6J和來自美國國（guó）立衛生研究院（NIH）的C57BL/6N亞係。同樣，許多大鼠近交（jiāo）係（xì）也至（zhì）少有兩個亞係，例如SHR至少有四個亞（yà）係，包括SHR/Ola和SHR/NCrl；WKY和F344至少各有三（sān）個亞（yà）係。

（4）乘客突變（biàn）

乘客突變（biàn）是指隱藏在（zài）亞係或者是GA係動（dòng）物的基因組中的突變，這些突變在某些特定（dìng）情況下能夠影響到動物實驗結果。例如在最常見的C57BL/6中的兩個（gè）亞係C57BL/6J和C57BL/6N，由於一些（xiē）自發的突變，如C57BL/6N中出現（xiàn）了可（kě）導致視網膜退變的Crb1rd8突變，而C57BL/6J中則出現了Nnt基因的缺失。正因這類乘客突變的存在（zài），在進（jìn）行表型（xíng）分析時，要特別注意觀察到（dào）的表型是由於目標基因的修飾還是遺傳背（bèi）景中存在的突變造成的，並藉此選擇合適的對照組動物。

遺傳質量控製方案（àn）

目前實驗齧齒類動（dòng）物的遺（yí）傳質（zhì）量控製金標準是依靠遺傳標記多態性來區分不同的遺傳背景。

遺傳標記是染色體上已知位（wèi）置的特定DNA序列，是遺傳質（zhì）量控製的基本工具。遺傳質量控製對確定動物（wù）的遺傳（chuán）組成，確定品係的一致性和（hé）真實性是（shì）必要的。值得注意的是，一般不（bú）會對封閉群動物進行遺傳標記（jì）一致性（xìng）的檢測（cè），相反，應該對封閉群動物的遺傳異質（zhì）性水平進行確認，以檢測遺傳汙染（rǎn），監測育種方案的科學性。

標記係統

大鼠和小鼠中已經發現多種多態性，然而，在目前的質量保證方案中，隻有微衛星DNA和SNPs被用作遺傳（chuán）標記（jì）物。微衛星標記，又被稱為短串聯重複序列(short tandem repeats,STRs)或簡單重複序列（simple sequence repeats，SSR），是均勻（yún）分（fèn）布於真核生物基因組中的簡單重複序列，其（qí）典型結（jié）構是由2～6個核（hé）苷酸的序列串聯重複（fù）幾次到幾十次構成，這種重複（fù）造就了染色體之間的等位基因多樣（yàng）性。微衛（wèi）星標記通常先通過PCR方式擴增包含微衛星序列（liè）的區域，再對擴增產物通過電泳分析和片段大小進行（háng）等位基因差異分析。

SNP分型（xíng）是（shì）微衛星標記的一種替代方法，現在應用範圍更廣。SNP多態性是指在基因組水平上由單（dān）個核（hé）苷（gān）酸的變異所引（yǐn）起的DNA序列多態性，編碼區和非編碼（mǎ）區都有（yǒu）SNP的存在（zài）。

傑（jié）克遜實驗室的Petkov和他的同事從48個小（xiǎo）鼠品係中的235個（gè）SNPs的等位基因中選擇了28個SNP，這（zhè）些位點已（yǐ）足以區分傑克遜實驗室所保存的約300個近交係、野（yě）生型、同類係、染（rǎn）色體置換係和重組（zǔ）近交係中的大（dà）多數動物。一些研究者也報道了大鼠可用的SNPs。例如，Zimdahl和他的同事描（miáo）述了來自轉錄區的超過12,000個SNPs。

近交係和遠交係的遺傳監測

目前（在歐美國家）使用的主流的遺傳監測技術是基於微衛星或SNPs 的檢測（cè）。然而，我們（men）建議，除了分子技術，同時也應該監測動物的表型參數，如（rú）毛色（sè）、行為和繁殖能力（lì）等。商業育種者對（duì）控製遺傳汙染（rǎn）的發生應更為重視，並定期（qī）監測其品係的（de）遺傳質量。傑克遜實驗室采用（yòng）了一種獨特的、已獲專利的遺傳穩定計劃，即通過（guò）每五代就（jiù）重新從純種的、冷凍的胚（pēi）胎中重（chóng）建他們的基礎種群來有效地限製遺傳漂變的積累（lèi）。例如，從2005年開始，他們出售的C57BL/6J小（xiǎo）鼠都（dōu）是兩隻選定（dìng）的小（xiǎo）鼠的（de）後代，而他們冷凍的數百個胚胎（tāi）足以持續使用25-30年。特別需要注意的是，當從冷（lěng）凍庫存中（zhōng）複蘇胚胎時，也應進行（háng）遺傳檢測，以確保冷凍前（qián）及冷凍過程中沒有發生遺傳汙染或其他錯誤。

對於遠交係，遺傳（chuán）監測有助（zhù）於保持群體的遺傳多（duō）樣性和等位（wèi）基（jī）因庫。這（zhè）個過程更（gèng）為複雜，需要（yào）分析大量的動物，並將這些數據與（yǔ）曆史數（shù）據進行比較，記錄存在的等位基因、它們的頻（pín）率和（hé）該特定（dìng）群體的（de）雜合度水平。在某些（xiē）情況下遺傳多樣性缺失的結（jié）果（guǒ）會（huì）導致一個群體的異質性（xìng）降到較低水平。低異質性可能是源於繁殖種群的選擇不當，繁育體係執行中的偏離，或（huò）是起（qǐ）始（shǐ）的繁殖群體過小。相反，過高（gāo）的異質性可能是由近期出現的遠交造成的（de）。大體上，需通過測量表型性狀（zhuàng）和計算相應的（de）平均值和標（biāo）準差來描述遠交係的基（jī）本特征。對遠交係遺傳控製（zhì）的原則是避免（miǎn）近親繁（fán）殖並在各代中保持其遺傳（chuán）多樣性。

自（zì）繁近（jìn）交係小鼠（shǔ）和大鼠的遺傳監測

建議從可靠的供應商購處買動物，並（bìng）在10代後（hòu）用同一供應商的動物替換繁殖種（zhǒng）群，不（bú）建議長期維持經典近交品係的獨立種群。使用來自（zì）同一供應商的動物可以有效的防止產生（shēng）突變的亞品係。同時，自繁動物也應該用微衛星標記或SNPs檢測進行遺傳質量監測，以確保其遺傳質量的可靠性。

微衛星檢測可以用於驗證近交係小（xiǎo）鼠品係背景的（de）純（chún）度，是否有遺（yí）傳汙染的痕跡。這對於在（zài）同一飼養間內飼養具有相同毛色的品係的動物（wù）設施，尤其是在不使用（yòng）IVC籠具的（de）設施（shī）來說尤其重要。微衛（wèi）星檢測的標記物數量尚未標準化，標記物的選擇應根據（jù）設施維（wéi）持品係的種類（lèi）和（hé）數量進行相應的調整。

由於近交係動物的基因序列高度一致，基因都是純合（hé）的，當對一個特定的微衛星位點進行（háng）基因分型的時候，在電泳（yǒng）時隻會呈現單一條帶，代表一個等位基因，而任何雜（zá）合性的存在，例如（rú）有兩個條帶或者與對照組條帶大小（xiǎo）不一致時，就應該被視為有潛在的汙染（圖1）。

圖1. 通過SSLP PCR檢測基因汙染的例（lì）子

圖（tú）片（piàn）是PCR擴增後得到的特征條帶，這些條帶來自四隻據稱屬於BALB/c品係的小鼠的基因組DNA(每組的前四個泳道)，加上BALB/c的標準DNA對照(最後一個泳道)。本圖片隻顯（xiǎn）示（shì）了位於1至5號染色體上的五個SSLP位點。可見存在雜合性(兩條帶)和（hé）不符合（hé）BALB/c標準的條帶（dài）大（dà）小的條帶存（cún）在。

對（duì）於（yú）種群數量較（jiào）小（xiǎo），且采用隔離飼養，也沒有高頻次（cì）動物引進的設施，每兩（liǎng）年一次檢測（cè）就可以有效的監（jiān）測動物遺傳質量。

使用（yòng）SNP組監測動物遺傳質量時，利用均勻分布在染色體上的四十多個SNPs就可以有效檢出近期發生的遺傳汙染，檢測位點數量可根據每個機構的實際情況和（hé）設施麵對的風險（xiǎn）程度而定。SNP基因分型目前可以在（zài）不同的平台上進行，其成本（běn）和自動化能力各不相同。Kompetitive Allele Specific PCR(KASP)和Taqman實（shí）時熒光定量PCR是常用的檢測方式，相比較而言（yán），前者的自（zì）動化程度更高，成本更低，但對檢測樣本量的下限有一定（dìng）要求。

遠交（jiāo）係種群的遺傳質（zhì）量監測

遠交係的遺（yí）傳質量監測比近交係要（yào）複雜的多，因為這些動物的基因並不一樣，它們本質上（shàng）是一群密切相關的動物，有共同的祖先和群體特征，但表現出一定程度的（de）遺（yí）傳多樣性，所以僅僅用少量的遺傳標記就很難建立一個標準的遺（yí）傳監測方案。然而，通過監測足夠數量的SNPs或者SSLPs位點，就（jiù）可以說明群體內的等位基因頻率和種群的遺傳特（tè）征。

遠交係遺傳（chuán）質（zhì）量控製麵臨的主要問題之一是，許多管理（lǐ）者用非常小規模的繁殖（zhí）種群（qún），導致（zhì）種群中有（yǒu）代表性的等位基因數量減少，增加了近（jìn）親繁殖係數，這種種群（qún）既不是真正意義上的遠交係，也不是近交係。因（yīn）此，如果無法維持適當基數的繁殖種群的時候，就建議（yì）從那（nà）些有大規模繁殖種群的供（gòng）應商處購買遠交係動物，或者遵循推薦的繁殖方案，以減少近親繁（fán）殖。

參考文獻：

[1] Benavides F , T Rülicke,  Prins J B , et al. Genetic quality assurance and genetic monitoring of laboratory mice and rats: FELASA Working Group Report:[J]. Laboratory Animals, 2020, 54(2):135-148.