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

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

遺傳質量控製計劃的主要目標是：

(a)驗證近交係及亞（yà）係的真實性和一致性，從（cóng）而確保遺傳上的可靠性；

(b)檢測可能的基（jī）因汙染；

(c)精確描述（shù）遺傳係的遺傳組成。

雖然本文主要（yào）關（guān）注（zhù）小鼠和大鼠的遺傳質量控製，但（dàn）這些原則也適用（yòng）於其他齧齒類（lèi）動物。

（一）標準化實驗齧齒（chǐ）類動物（wù）

01、近交係

國際（jì）小鼠標準化遺傳命名委（wěi）員會和大鼠基因（yīn）組命名委員對近交係的定義是：一個品（pǐn）係經（jīng）曆了至少連續20代的兄弟姐妹交配或親子交配，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（duì）共同祖先，即為近交（jiāo）係。

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

同源性意味（wèi）著相同的組織相容性（抗原），意味著品係內每個個體的基因都相同，一個品係的任意個體可以永久接受來自（zì）同一品係和性別（bié）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（yīn）組位點100%相同)不同，近交係齧齒類動物除了是等基因的，在幾乎所有的基因組位點（diǎn）上（shàng）也（yě）都是純合子。

總的（de）來說，每個近交係都代表一個（gè）隨機但獨特的等位基因組合（hé）。如果用同樣的初始動物從零開始重新培育一個品係，經（jīng）過同樣（yàng）的（de）20代（dài）近親繁殖，所產生的品係在遺傳上一定不同於原來產生的那一個。

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

02、遠交係

遠（yuǎn）交係是指在一固（gù）定的群體內，以非近親交配方（fāng）式育成的動物（wù）品係（xì），且連續15 代不從外（wài）部引入新（xīn）的動物種群。

遠交係不同於近交係，因為它們的基因是異質的，也就是某一動物的遺傳結構（gòu）是從這個遠交係遺傳基因庫中隨機抽取的，而（ér）不是已知的。不過，一個遠交（jiāo）係群（qún）體（tǐ）中的所有動物都具（jù）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和等優（yōu）點;這些特征使得這些（xiē）動物成（chéng）為輔助生（shēng）殖實驗中代孕母（mǔ）鼠的優質（zhì）候選動物。

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

由於遠交係（xì）在遺傳上的多樣性，通常基於評估預期的表型性狀來做遺傳（chuán）質量（liàng）控製，如基於商業繁育的大型群（qún）體通過（guò）基礎數據分析動物的毛（máo）色、生長和繁殖（zhí）特征等信息來完成遺傳監控。由於遠交係和人類（lèi）群體一樣是（shì）異質的，它們經常被用於毒（dú）理學和藥理學研究。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（xiē）研究（jiū）不恰當地使用（yòng）了遠交係小鼠，在（zài）次優實驗（yàn）中浪費了動物的生命和寶貴（guì）的資源。

（二）其他標（biāo）準化品係的小鼠和大鼠

雜交一代小鼠（F1）是由兩個獨立（lì）的近交係雜交產（chǎn）生的，在親本（běn）係擁有不（bú）同等位基（jī）因的所有位點上都是（shì）雜合的。F1同窩仔鼠基因相同，具有組織相容性。

同源導入近交係（congenic inbred strain），也稱（chēng）近交同類係，是由兩個品（pǐn）係雜交產生的（de）:攜帶特定等位基因或染色體區域的供體品係和將接受該（gāi）位點的受體品係進行雜交，產生的F1後代回交到受體品係，鑒定出攜帶（dài）該（gāi）等位基因的（de）後（hòu）代，並再次回交到受體品係。通常這個過程需要重複10個（gè）或更多的連續代次(圖1)。重複回交會讓受體品係除了攜帶指（zhǐ）定等位（wèi）基因的染色體區域以外（wài）的的染色體逐漸取代供（gòng）體（tǐ）品係的（de）染色體。

圖1：建（jiàn）立同類係的步驟

第一步是在攜帶特定基因的供（gòng）體品係(例如，白化品係)和受（shòu）體品係或背景品係(例（lì）如，黑色品係)之間進行雜交。在每一代中，一個攜（xié）帶（dài）特定基因(*)的動（dòng）物被回交（jiāo）給受體品係(遺傳連接基因被轉移，滲入片（piàn）段的（de）大（dà）小可以（yǐ）是數千或數（shù）百萬個堿基，並包括（kuò）許多基因)。灰色的程度增（zēng）加表明每回交一代後後代的背景基因組數量增加。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，就需要通過分（fèn）子生物學方法做基因分型鑒定，以選出合適的載體(雜合)小鼠。

遺傳工程齧（niè）齒動物

通常有兩種不同的方法來表征（zhēng）基（jī）因功能（néng）：

（1）正向遺傳學(從表型到基（jī）因型)旨在描述（shù）導致特定突變表型的基因改變(通常來自自發或化學誘導突（tū）變)。

（2）反向遺傳學，旨在通過分析通常由研究（jiū）人（rén）員在DNA水（shuǐ）平上設計的在表型水（shuǐ）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（jī）本（běn）方法：

(a)顯微注射法，(b)載體介導的轉基因，(c)胚胎幹細胞中的同源重組，(d)基因編輯核酸酶，以（yǐ）及（jí）(e)化學（xué）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（wén）不作詳細描述。在使（shǐ）用基因編輯技術來創建轉基因動物之前，首先應該檢查（chá）已有（yǒu）的數據庫來確定是否已經存在合適的動物（wù）模型，例（lì）如由傑克遜實驗室和國際小鼠表型聯（lián）盟管理的數據庫。

（a）顯微注射法（fǎ）轉基因

首批顯微注射轉基因小鼠誕生於（yú）20世紀80年代初。是將改造後的目（mù）的基因或基因組片段用顯微注射法注入供體小鼠的受精卵或著床前胚胎細胞，然後植入受體動（dòng）物的輸卵管（guǎn）或子宮中，使其發育成攜帶有外源基因的轉（zhuǎn）基因動物。目前這種技術仍然被廣泛使用。

該（gāi）方法的整合位（wèi）點是隨機的，因此（cǐ）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（wài）源基因表達率低甚至（zhì）不表達。

（b）載體介導的轉基因

通過逆轉錄病毒/慢病毒載體將外源基（jī）因連接到長末（mò）端重複序列下遊（yóu）進行基因重組後，再包裝成高滴度病毒顆粒，直（zhí）接感染受精卵或顯微（wēi）注射到囊胚腔中，攜帶外源基（jī）因的反轉錄病毒DNA就可以整合到宿主染色體上了。

除了逆轉錄病毒載體，預處（chù）理過（guò）的攜帶外源基因的精子也被成功（gōng）地用作載體，在（zài）受精過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（yǒu）其優缺點，例如，病毒載體隻能導入較小的外源基因，而精子介（jiè）導的轉（zhuǎn）基因技術則可能影（yǐng）響精子自（zì）身的遺傳物（wù）質質量。

（c）胚胎幹細胞同源重組靶向誘（yòu）變

胚胎幹（gàn）細胞介導法（fǎ）是通過將外源基因（yīn）導入胚胎幹細胞，然後將轉入（rù）基因的胚胎幹細胞（bāo）注（zhù）射入受體動物（wù）胚胎後，可參與（yǔ）宿主的胚胎構成，形成嵌合體，直（zhí）至達到生殖係嵌（qiàn）合，並形成子代。

（d）使用核酸酶進行基因編輯

在過去十多年中，一些新的技術越來越廣泛地應用於大（dà）小鼠和其他物種的靶向突變。例（lì）如鋅指核酸酶技術、TALEN技（jì）術和CRISPR/Cas9技術等，特（tè）別是CRISPR/Cas9技術（shù），利用sgRNA識別基因特定靶序（xù）列，介導Cas9酶定位並剪切基因。當同（tóng）時加入同源重組模板時，即可達到基因導入的目的。CRISPR/Cas9技術（shù）已被用於基因敲入、敲除和點突變。該技術高度靈活、快速（sù）和高效（xiào），可以在任何遺傳背景下製造KO和KI係。

然而，這項技術也需要進行（háng）廣泛的（de）基因序列分析（xī）和篩選，以確保存在所需要（yào）的序列，同時不存在非靶向突變或（huò）其他不可預測的（de）更大的基因組改變。

（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（fā）現，它有幾個優點：首先它（tā）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（sān），自發突變代表了各種各樣的分子事件，如缺失、插入和點突變，不僅產生功能缺失的（de）等位基因，還產生低形態和高形態的等位基（jī）因；最後，突變產生於各種背景，包括近交係和遠交（jiāo）係。

經典的自發突變模型（xíng）包括：裸鼠(Foxn1nu )、scid(Prkdcscid )、無毛小鼠(Hrhr )、糖尿病小（xiǎo）鼠（shǔ）(Leprdb )、肥胖（pàng）症小（xiǎo）鼠(Lepob )和肌肉萎縮症小鼠(Dmdmdx )以（yǐ）及Rowett裸大鼠（shǔ）(Foxn1rnu )和Zucker糖尿病脂肪大鼠(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（yóu）於ENU通常產生點突（tū）變，它廣泛應（yīng）用於正向遺傳篩選。ENU誘變的主要缺點是它產生的突變是隨機的而（ér）不（bú）是靶向突變（biàn）。

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.