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

本（běn）文由FELASA實驗小鼠遺傳質量控製和（hé）遺傳監測工作組提出，描述了動物設施齧齒類動物遺傳質（zhì）量（liàng）控製計劃的目標和可（kě）用方法。

遺傳質量控製計（jì）劃的主要目標是：

(a)驗證近交係及亞（yà）係的真實性和（hé）一（yī）致性，從而確保遺傳上的可靠性；

(b)檢測可能的基因汙染；

(c)精確描述遺傳係的遺傳（chuán）組成。

雖然本文主要關注小鼠和大鼠的遺傳（chuán）質量控製，但這些（xiē）原則也適用於（yú）其他齧齒類動（dòng）物。

（一）標（biāo）準化實驗齧齒類動物（wù）

01、近（jìn）交係

國際小鼠標準化遺傳命名（míng）委員會和大鼠基（jī）因組（zǔ）命名委員對近交係的定義是：一個品係經（jīng）曆了至少連（lián）續20代（dài）的（de）兄弟姐妹交配或親子交配，且品係（xì）內所有（yǒu）個體都可追溯到起源於第20代或以上（shàng）代（dài）數的一對共同祖先，即為近交係。

此時，種群內的（de）動物平均剩餘雜（zá）合度≤2%，個體可（kě）視為基因相同。據估計，兄弟姐妹交配需要（yào）24代才能達到雜合度< 1%，需要36代才能達到(幾（jǐ）乎)完全同源。

同源性意（yì）味著相同的組織相容性（抗原），意味著品係內每個個體（tǐ）的（de）基因都相同，一個品係（xì）的任意個體可以永久接受來（lái）自同一品係和性別的任何個體的組織移植。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，在幾乎所有（yǒu）的基因組位點上也都是純合子。

總的來說，每個近交係都代表一個隨（suí）機但獨特的等位基因組合。如果（guǒ）用同樣的初始動物（wù）從零開始重新培育一個品係，經過同樣的20代近親（qīn）繁殖，所產生的品係在（zài）遺傳上一定不同於原來產生的那一個。

常（cháng）見的近（jìn）交係小鼠（shǔ）品係包括: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（xì）

遠交係是（shì）指（zhǐ）在一固定的群體內，以非近親交配方式育成的（de）動物品係，且連續15 代不從外部引入新的動（dòng）物（wù）種（zhǒng）群。

遠交係不同（tóng）於近交係，因為（wéi）它們的基因是異質的，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（jī）抽（chōu）取的（de），而不是已知的。不過（guò），一個遠交係群體中（zhōng）的所有動物都具有相同的群體特征，例如白化病。遠交群具有良好的繁殖能力及與其他品係相比相對溫（wēn）和等優點;這些特征使得這些動物成為輔助（zhù）生殖實驗中代（dài）孕母鼠的（de）優質候選動（dòng）物。

遠交係小鼠有ICR (CD-1)、CFW和NMRI(都是從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Sprague Dawley (SD)、Wistar (WI)和Long-Evans (LE)。

由於遠（yuǎn）交係在遺傳上的（de）多樣性，通常基（jī）於評估預期的表型性狀來做遺傳質量（liàng）控（kòng）製，如（rú）基於（yú）商業繁（fán）育的大型群體通過基礎數據分析動物（wù）的毛色、生長和繁殖特征等信息來完成遺傳監控。由於遠交（jiāo）係和人類群體一樣是異質的，它們經常被（bèi）用於毒理學和藥理學研（yán）究（jiū）。然而，也有遺傳學家對這樣的應用提出了質疑，並批評了一（yī）些研究不恰當地使用了遠交（jiāo）係小鼠，在次優實驗中浪（làng）費了動物的生命和寶貴的資源。

（二）其他標準化品係的小鼠和大鼠

雜交一代小鼠（F1）是（shì）由兩個獨立的近交係雜（zá）交（jiāo）產生的，在親本係擁有（yǒu）不同等位基（jī）因的所有位點上都是雜合的。F1同（tóng）窩仔鼠基因相同，具有組織相容性。

同源導入近交係（congenic inbred strain），也稱近交同類（lèi）係，是由（yóu）兩個品係雜交產生的:攜帶特定（dìng）等位基因或（huò）染色（sè）體（tǐ）區域的供體品係和將接受該位點（diǎn）的受體品係進行雜交，產生的F1後代回交到受體品係，鑒定出攜（xié）帶該等位（wèi）基因的後代，並再次回交到受體品係。通常這個過程需要重（chóng）複10個或更多的連續代次(圖1)。重複回交（jiāo）會讓受體品係（xì）除了攜帶指定等（děng）位基因的染（rǎn）色體區域以外（wài）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

第一步是在攜（xié）帶特定基（jī）因的供體品係(例（lì）如，白化品係)和受體品係或背景品係(例如，黑色品係)之間進行雜交。在每一代中，一個攜（xié）帶特定基因(*)的動物被（bèi）回交給受體品係(遺傳連接基因被轉移，滲入片（piàn）段的大小可以是數千（qiān）或數百萬個（gè）堿基，並包括許多基因)。灰色的程度增加（jiā）表明每回（huí）交一代後後代的背景基因組數量增加。當修飾（shì）後的基因沒有產（chǎn）生易於識別的表（biǎo）型(例如皮（pí）膚或行為改（gǎi）變)時，就需要通（tōng）過分子生物學方法做基（jī）因分型鑒定，以選出合適的載體(雜（zá）合)小鼠。

遺傳（chuán）工（gōng）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（xiàng）遺傳學(從表型到基因型)旨在描述導致特定（dìng）突變表型的基因改變(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（rén）員在DNA水平上設計的在表型水平上顯現的後果來描述基因的功能。

本節簡單介紹了幾種獲（huò）得GA齧齒動物的基本方法：

(a)顯微注射法，(b)載體介導的轉基（jī）因，(c)胚胎（tāi）幹細胞（bāo）中（zhōng）的同源重組，(d)基因編（biān）輯核酸酶，以及(e)化學誘導或自發突變。這些製備技術都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（jī）因編（biān）輯技術來創建（jiàn）轉基因動（dòng）物之（zhī）前，首先應該檢查已有的數據（jù）庫來確定（dìng）是否已經存在合適的動物模型，例如（rú）由傑克遜實驗室和（hé）國際小（xiǎo）鼠表型聯盟管理（lǐ）的數據庫（kù）。

（a）顯微注射法轉基因

首批顯微（wēi）注射轉基因小鼠誕生於20世紀（jì）80年代初。是將改造後的目的基因或基因組片段（duàn）用顯（xiǎn）微注射（shè）法注入供體小鼠的受（shòu）精（jīng）卵或著床前胚胎細胞，然後植（zhí）入受體動物的輸（shū）卵管或（huò）子宮（gōng）中，使其發育成攜帶有外源基因的轉基因（yīn）動（dòng）物。目前這種技術仍然被廣泛（fàn）使用。

該方法的整合位點是（shì）隨機的，因此容易造成基因組重排、易位和缺失。還會出現（xiàn）多拷貝串聯整合，並導致外源基因表達率低甚至不表達。

（b）載體介導的轉基因

通（tōng）過逆轉錄病毒/慢病毒載體（tǐ）將外源基因連接到長末端重複（fù）序（xù）列下遊進行基因重（chóng）組後，再包裝成高滴度（dù）病毒顆粒，直接感染受精卵（luǎn）或顯微注射到囊胚腔（qiāng）中，攜帶外源基因的反轉錄病毒DNA就可以整合到宿主染色體上（shàng）了。

除了逆轉錄病毒載（zǎi）體，預處理過的攜帶外源基因的精（jīng）子也被成功地用作載體，在受精過（guò）程中將外源基因導入動物胚胎，從而獲得轉基因後代。

每種技術都有其優缺點，例如，病（bìng）毒載體隻能導入較小的外源基因，而精子介導的轉基因技術則可能影響精子（zǐ）自（zì）身的遺傳物質質量。

（c）胚胎幹細胞同源重組靶向（xiàng）誘（yòu）變

胚胎幹細胞介導法是（shì）通過將（jiāng）外源基因導入胚胎幹細胞，然後將（jiāng）轉入基因的胚胎幹細胞注射入受體（tǐ）動物胚（pēi）胎後，可參與宿主的胚胎構成，形成嵌合體，直至達到生（shēng）殖係嵌合，並形成子代。

（d）使用核酸酶進行基因編輯

在過去（qù）十（shí）多年（nián）中，一些新的技術越來越廣泛地應（yīng）用於大（dà）小鼠和其他物種的靶向突變。例如鋅指（zhǐ）核酸酶技術、TALEN技術和CRISPR/Cas9技術等，特別是（shì）CRISPR/Cas9技術，利用sgRNA識別基因特定靶序列，介導Cas9酶定位並剪切基因。當同時加入同源重組模板時，即可達（dá）到基因導入的目的。CRISPR/Cas9技術已被用於基因敲入、敲除（chú）和點突變。該技術高度靈活、快速和高效，可以在任何遺（yí）傳背景下製（zhì）造KO和KI係。

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

（e）自發的和化學誘導的突變

自發突變可通過觀察異常的表型發現（xiàn），它有幾個優點：首先它們的產生幾乎不需（xū）要（yào）成本（běn）；第二，它們通常有明顯的表（biǎo）型；第三，自發突變代表了各種各樣的分（fèn）子事件，如缺失、插入和點突變（biàn），不僅產生功能缺失的等位基因，還產生低形態和高形態的等位基因（yīn）；最後，突變產生於各種背景，包括近交係和遠交係。

經典的自發突變模（mó）型（xíng）包括：裸鼠(Foxn1nu )、scid(Prkdcscid )、無毛小鼠(Hrhr )、糖尿病小鼠（shǔ）(Leprdb )、肥（féi）胖（pàng）症小鼠(Lepob )和肌肉萎縮症小鼠(Dmdmdx )以及Rowett裸大鼠(Foxn1rnu )和Zucker糖尿（niào）病（bìng）脂肪大鼠(Leprfa )等。

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

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.