齧齒類（lèi）實（shí）驗動物的遺傳質量控製應該和微生物質量控製一樣作為實驗動物設施質量控製計劃的重要組成部分。

本文由FELASA實驗小鼠遺傳質量（liàng）控（kòng）製和遺傳監測工作組提出，描述了（le）動物設施（shī）齧齒類動物遺傳質量控製計劃的目標和可用方法。

遺傳質（zhì）量控製計劃的主要目標是：

(a)驗證近交係及亞係的（de）真實性和一（yī）致性，從而確保遺（yí）傳上的可靠性；

(b)檢測可能的基因汙染；

(c)精確描述遺傳（chuán）係的遺傳組成。

雖然本文主要關（guān）注小鼠和大（dà）鼠的遺傳質量控製，但這些原則也適用於其他齧齒（chǐ）類動物。

（一）標準化（huà）實驗齧齒類動物

01、近交係

國（guó）際小（xiǎo）鼠標準化遺傳命名委員會和大鼠基因組命名委員對近交係的定義是：一（yī）個（gè）品係經曆了至少連續20代的兄弟姐妹交配或（huò）親子交配，且品係內所有個體都可追溯到起源於第20代或以上代數的一對共同祖先，即為近交係。

此時，種群內的動物平均剩餘雜（zá）合度≤2%，個體可視為基因相同。據估計，兄弟（dì）姐妹交配需（xū）要（yào）24代才能達到雜合度< 1%，需要36代才能（néng）達到(幾乎)完（wán）全同源。

同源性意味著相同的（de）組（zǔ）織相容性（抗原），意味（wèi）著品係內每個（gè）個體（tǐ）的基（jī）因都相同，一個品（pǐn）係的任意個體可以永久接受來自同一品係和性別的任（rèn）何個體的組織移植。與克隆動物和同卵雙胞胎(所有基因組位點100%相同)不同，近交係齧齒類動物除了是等基因的，在幾乎所（suǒ）有的基因組位點上也都是（shì）純合子。

總的（de）來說，每個近交係都（dōu）代（dài）表一（yī）個隨機但（dàn）獨特（tè）的等位基因組合。如果用同樣的初始動物從零開始重（chóng）新培育一個品係，經過同樣的（de）20代近（jìn）親繁殖，所產生的品係在遺（yí）傳上一定不同於原來（lái）產生的那一個。

常見的近交係小鼠品（pǐn）係包括:A/J、BALB/c、C3H/He、C57BL/6、DBA/2、FVB/N等;大鼠品係包括:ACI、BN、F344、LE、WKY等。

02、遠交係

遠交係是指在一固定的群體內，以非近親交配方式育成的動物品係，且連續15 代不從外部（bù）引入新的動物種群（qún）。

遠交係不同於近交係，因為它們的基因（yīn）是異質的，也就是某一動物的遺傳結構是從這個遠交係遺傳基因庫中隨機抽（chōu）取的，而不是已知的。不過，一個遠交係群體中的所有動物都具有相同的群體特征，例如白（bái）化病（bìng）。遠交群具有良好的繁殖能力及與其他品係相比相對溫和等優點;這些特征使得這些動物成為（wéi）輔助生殖實驗（yàn）中代孕母鼠的（de）優質候選動物。

遠交係小鼠有ICR (CD-1)、CFW和（hé）NMRI(都（dōu）是從Clara J. Lynch於1926年進口到美國的原始“Swiss”小鼠衍生而來)和(non-Swiss)CF-1。遠交係大鼠有（yǒu）Sprague Dawley (SD)、Wistar (WI)和Long-Evans (LE)。

由於遠交（jiāo）係在遺傳上的多樣性，通常（cháng）基於評估預期的表型性狀來做遺傳質量控（kòng）製，如（rú）基於商業繁育的大型群體通過基礎數據分析動物的毛色、生長（zhǎng）和（hé）繁殖特征等信息來完（wán）成遺傳監控。由於遠（yuǎn）交係和人類群體（tǐ）一樣是異（yì）質的，它（tā）們經常被用於毒理學和藥理學研究。然（rán）而，也有遺傳學家對這樣的應（yīng）用（yòng）提出了質疑，並批評了一些（xiē）研（yán）究不恰當地使用了遠交係小鼠，在次優實驗中（zhōng）浪費了動物（wù）的生命和寶貴的資（zī）源。

（二）其他標準（zhǔn）化品係的小鼠和大鼠（shǔ）

雜交一（yī）代小鼠（F1）是由兩個獨立的近交係雜（zá）交產生的，在親本係擁有不同等（děng）位基因的所有位點上都是雜（zá）合的。F1同窩仔鼠基因（yīn）相同，具有組織相容性。

同（tóng）源導入近交係（congenic inbred strain），也稱近交同類係，是由兩個品係雜交產生的:攜帶特定等位基因（yīn）或染色體區域的供體品係和將接受該位點的受體品係進行（háng）雜交，產（chǎn）生的F1後代回交（jiāo）到受體品係，鑒定出攜帶該等位基因的（de）後代，並再（zài）次回交到受體品係（xì）。通常這（zhè）個過程需要重複10個（gè）或（huò）更多的連續代次(圖（tú）1)。重複回交會讓受體品係除了攜帶指定等位基因的染色體區域以外的的染色體逐漸取代供體品係的染色體。

圖1：建立同類係的步驟（zhòu）

第一步是在攜帶（dài）特定基因的供體品係(例如，白化品係)和受體品係或（huò）背景品係(例如，黑色品係)之間進行雜交。在每一代中，一個攜帶特定基因(*)的動物被回交給受體品係(遺傳連接基因被轉（zhuǎn）移（yí），滲入片段的大小可以是數千或數百萬個堿基，並包括許多基因)。灰色的程度增加表明（míng）每回交一代後後代的背（bèi）景基因組數（shù）量增加。當修飾後的基因沒有產生易於識別的表型（xíng）(例如皮膚或行為改變)時，就（jiù）需要通過分子（zǐ）生物學方法做基因分型鑒定，以選（xuǎn）出合適的載體(雜合)小鼠。

遺傳工程齧齒動物

通常有兩種不同的方法來表（biǎo）征基因功能：

（1）正向遺傳學(從表（biǎo）型到基因（yīn）型)旨在描述導致特定突變表型的基因（yīn）改變(通常來自自發或化學誘導突變)。

（2）反向遺傳學，旨在通過分析通常由研究人員在DNA水平上（shàng）設（shè）計的在表型水平上（shàng）顯現的後果來描述基因的功能。

本節簡單介紹了幾種獲得GA齧齒動物的基本方法：

(a)顯微注射法，(b)載體介導的（de）轉基因，(c)胚胎幹細胞中的同源重組，(d)基因編輯核酸酶，以及(e)化學誘導或自發突變。這些製備技術都（dōu）有詳細描述並已經公開發表，因此本文不作詳細描述。在使用基因編輯技術來創建轉基因動（dòng）物之前，首先應該檢查已有的數據庫來確定是否（fǒu）已經存在合適的動物模型，例（lì）如由傑克遜（xùn）實驗室和國際小鼠表型聯盟管理的數據庫。

（a）顯微注射法轉基因

首（shǒu）批顯微注射轉基因小鼠（shǔ）誕生（shēng）於20世紀80年代初。是將改造後的目的基（jī）因或基因組片段用（yòng）顯微（wēi）注射法注入供（gòng）體小鼠的受精卵或著（zhe）床前胚胎細胞，然後植入受體動物的輸卵管或子（zǐ）宮中，使其發育成攜帶有外源基因的轉基因（yīn）動物。目前這種技（jì）術（shù）仍然被（bèi）廣泛使用。

該方法（fǎ）的整合位（wèi）點是隨機的，因此容（róng）易造（zào）成（chéng）基因（yīn）組重（chóng）排、易位和缺失。還會出現多拷貝串聯整合，並（bìng）導致外源基因（yīn）表達率低甚至不表達。

（b）載體介導的轉（zhuǎn）基因

通過逆轉錄病（bìng）毒/慢病毒（dú）載體將（jiāng）外源基因連接到長末端重複序列下遊進行基因（yīn）重組後，再包裝成高滴度（dù）病毒顆粒，直接感染受精卵或顯微注射到囊胚腔中，攜（xié）帶外源基因的（de）反轉錄病毒DNA就可以整合到宿主染色體上了。

除了逆轉錄病毒（dú）載體（tǐ），預處理過的攜帶外（wài）源基因的精子也被成功（gōng）地用作載體，在受精過程中將外源基因導入（rù）動物胚胎，從而獲得（dé）轉基因後代。

每種技術都（dōu）有其優缺點，例如（rú），病毒載體（tǐ）隻能導入較小的外源基因，而精子介（jiè）導的轉基因技術則可能影響精子自身的遺傳物質質量。

（c）胚（pēi）胎幹細胞同源重組靶向（xiàng）誘變

胚胎幹細胞介導法是（shì）通過將外源基因導入胚胎幹細胞，然後將（jiāng）轉入（rù）基因的胚胎幹細胞（bāo）注射入受體動物胚胎後，可參與宿主的胚胎構成，形成嵌合體，直至達到（dào）生殖係嵌（qiàn）合（hé），並形成子代。

（d）使用核酸酶進行基因編輯

在過去（qù）十多年中，一些新的（de）技術（shù）越來越廣泛地應用於大小鼠和其他物種的靶向突變。例如鋅指核酸酶技術、TALEN技術和CRISPR/Cas9技術等，特別是CRISPR/Cas9技術，利用sgRNA識別基因特定靶序（xù）列，介導Cas9酶定位並剪（jiǎn）切基因。當同時加入同源重組模板時，即可達到（dào）基因導入的目的。CRISPR/Cas9技術已被用於基因（yīn）敲入、敲除和點突變。該技術（shù）高度靈活、快速和高效，可以在任何遺傳背景下製造KO和KI係（xì）。

然而，這項技術也（yě）需要進行廣泛的基因序列分析和篩選，以確保存在所需（xū）要的序列，同時不存在非靶向突變或（huò）其他不可預測的更（gèng）大的基因組（zǔ）改變。

（e）自發的和化學（xué）誘導（dǎo）的突變

自（zì）發突（tū）變可通（tōng）過觀察異常的表型發現，它有幾個優點：首先它們的產生幾乎不需要成本；第二，它們通常有明顯的表型；第三，自發（fā）突變代表了各種各樣的分子事件（jiàn），如缺失、插入和點突變，不僅產生功能缺失的等位基因，還產生低形態（tài）和高（gāo）形態的等位（wèi）基因；最（zuì）後，突變產生於各種背景，包括近交係和（hé）遠交係（xì）。

經典的自發突變模型包括：裸鼠(Foxn1nu )、scid(Prkdcscid )、無（wú）毛（máo）小鼠(Hrhr )、糖尿病小鼠(Leprdb )、肥胖症小鼠(Lepob )和肌肉萎縮症小鼠(Dmdmdx )以及Rowett裸大鼠(Foxn1rnu )和Zucker糖尿病脂肪（fáng）大鼠(Leprfa )等。

乙酰基亞硝基脲(ENU)可作為誘變劑應用於小鼠疾病模型的篩選。由於ENU通常產（chǎn）生點（diǎn）突變，它廣泛（fàn）應用於正向遺傳篩選。ENU誘變的主要缺點（diǎn）是它產生的突變是隨機的（de）而不是靶向突變。

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.