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如何看懂小鼠的遗传背景

小鼠的遗传背景可能会对小鼠的表型产生影响。如同样是携带人SOD1-G93A突变的两个转基因小鼠品系B6.Cg-Tg(SOD1*G93A)1Gur/J (stock#004435 )与B6SJL-Tg(SOD1*G93A)1Gur/J ( stock#002726 ),具有混合遗传背景(B6SJL)的002726寿命就比同源到C57BL/6J (B6.Cg)遗传背景上的004435寿命要短30天左右(见 相同的突变,不同的表型? 一文)。为了在繁育过程中维持品系表型的稳定性,我们需要保持小鼠的遗传背景在繁育过程中不发生改变。

品系的遗传背景与品系历史相关。小鼠的品系历史包括构建过程中涉及到的胚胎干细胞、受精卵、胚胎、囊胚供体,是否经过回交,回交所用的受体品系,回交代数,是否与其他品系进行过杂交,是否经过冻存,冻存后复苏是否用到近交系的卵细胞供体,所用的繁育策略等等。对于所有的JAX小鼠模型,我们都会在小鼠品系详情的“details”下方“development”部分列出详细的小鼠品系历史,包括引进到JAX之前和引进之后的历史。

常见的小鼠品系遗传背景有近交系遗传背景、混合遗传背景和同源遗传背景三类。

近交系遗传背景

近交系遗传背景是小鼠遗传背景中最简单的情况:小鼠品系除了携带特定的突变或转基因外,其他所有位点的遗传组成理论上都与遗传背景品系相同。如品系C57BL/6J-ApcMin/J ( stock#002020 )是在近交系小鼠C57BL/6J中使用化学诱变剂(ENU)诱导后筛选到的一个在抑癌基因Apc上携带点突变的小鼠模型,该点突变导致小鼠极易出现肠道腺瘤。在繁育过程中如果需要用到野生型,除了使用同窝不携带该突变的野生型,也可以使用它的遗传背景品系C57BL/6J,其野生型对照也可以使用C57BL/6J。类似的还有使用CRISPR/CAS9技术构建的Chd8-floxed小鼠品系C57BL/6J-Chd8em3Lutzy/J (stock#031555 ),其遗传背景也是C57BL/6J,它与C57BL/6J的区别仅在于品系031555的Chd8基因外显子3两翼被loxp序列标记,因此该品系在繁育过程中或对照组选择中如涉及到野生型,也可以使用C57BL/6J代替。

混合 遗传背景

混合遗传背景是指小鼠品系的遗传背景组成至少包含两个不同的品系,按照遗传背景组成可以大致分成四类常用的表示方式:

1. 两个品系的混合遗传背景,且在这个品系中随着繁育代数增加,来自两个品系的遗传组成相对固定。在标准品系命名方法中,需要将两个品系都列出来,中间用分号“;”隔开。如品系B6;C3-Tg(APPswe,PSEN1dE9)85Dbo/Mmjax( stock#004462 ),就是混合了C57BL/6和C3H两个品系的遗传背景。这个品系在维系过程中始终保持同窝小鼠繁育,因此在繁育过程中C57BL/6和C3H品系背景的组成被相对固定下来。如果在实验过程中无法获得同窝野生型,可以选择遗传组成中的两个近交系杂交后获得的F2代作为近似的野生型对照。

2. 遗传背景由三个或三个以上不同品系组成,或遗传背景不清的小鼠品系,以STOCK表示其遗传背景。如品系STOCK Fostm2.1(icre/ERT2)Luo/J ( stock# 030323 )的遗传背景就包含了129,FVB,CD1,C57BL/6等品系。这类遗传背景的小鼠在繁育过程中或对照组选择中如涉及到野生型,需使用同窝野生型,而不能使用其他近交系小鼠或杂交系小鼠代替。

3. 在品系构建或繁育过程中引入了其他遗传背景,但占比非常低,需要将引入的遗传背景在括号“()”中列出。如品系B6(SJL)-Apoetm1.1(APOE*4)Adiuj/J ( stock# 027894 ),在构建过程中使用了C57BL/6J的ES细胞,后续回交品系也是C57BL/6J,因此其遗传背景就是C57BL/6J,但是在建立品系后,研究人员为了去除品系构建过程中转入的筛选标记新霉素抗性基因,将这个品系与B6.Cg-Tg(ACTFLPe)9205Dym/J (stock# 005703 )进行杂交,通过FLP-FRT系统将新霉素抗性基因去除。虽然后续繁育过程中将转基因Tg(ACTFLPe)9205Dym筛除,但由于品系005703在构建过程中使用了B6SJLF2的受精卵,即使后续已经回交到C57BL/6J背景,但在遗传组成上除了C57BL/6J品系外,无法完全清除来自SJL的组分。当品系027894与005703杂交以后,来自SJL品系的遗传组成也可能在一定程度上带入到027894品系中,因此需要在品系命名中进行标注,所以就形成了B6(SJL)的遗传背景表示方式。

4. 两个品系的杂交遗传背景,用两个品系的杂交命名形式表示。如品系B6SJL-Tg(SOD1*G93A)1Gur/J ( stock# 002726 ),在构建过程中使用了B6SJLF1的受精卵,后续繁育过程中每一代转基因半合子小鼠(hemizygous)都与B6SJLF1小鼠杂交,以保持其最大化B6和SJL品系的混合遗传背景,因此这类遗传背景的小鼠每个个体的遗传组成都是独特的由B6和SJL两个品系随机组合构成的。

初期同源 (incipient congenic) 与同源( congenic

由于混合遗传背景品系遗传组成较为复杂,也为保种和实验对照的选择带来了一定的困难,因此我们有时候也会将一些构建在混合遗传背景上的小鼠品系通过与近交系小鼠回交,获得同源到近交系小鼠遗传背景的品系。按照与近交系小鼠 回交代数 的不同,同源后的遗传背景可以分为初期同源(incipient congenic)遗传背景和同源(congenic)遗传背景。

初期同源(incipient congenic)是指与选定的近交品系回交达到5代,理论上其遗传组成的96.9%将为所回交的近交系的遗传背景。当继续与同一近交系回交达到10代,其遗传组成的99.9%将为该近交系的遗传背景,我们就可以称其为同源(congenic)遗传背景。

对于初期同源遗传背景和同源遗传背景,我们都可以选择所回交的近交系作为最近似的对照或者用于与相关的品系进行繁育,但是需要特别注意的是,由于小鼠的遗传背景对转基因或突变小鼠品系的表型可能会有一定的影响,因此同一小鼠模型在近交系同源遗传背景下与原先的混合遗传背景下可能会存在一些表现变化,在使用过程中需要特别留意。如B6;C3-Tg(APPswe,PSEN1dE9)85Dbo/Mmjax (stock# 004462)为C57BL/6 和 C3H的混合遗传背景,将该品系与C57BL/6J ( stock# 000664 )近交系回交至少5代后就形成了以C57BL/6J为同源遗传背景的B6.Cg-Tg(APPswe,PSEN1dE9)85Dbo/Mmjax ( stock# 005864 )品系。这两个品系在繁育策略,对照组选择和表型上均存在一些差异。如混合遗传背景品系004462只能选择同窝小鼠进行繁育,对照组也只能选择同窝野生型,而同源遗传背景品系005864则不仅可以选择与同窝野生型进行繁育或作为对照组,也可以选择所同源的近交系C57BL/6J用于繁育或实验对照。在表型上,两个品系也存在一些区别,如混合遗传背景下的品系004462不会出现癫痫,但在C57BL/6J同源遗传背景下的品系005864则癫痫高发。

基于以上情况,我们在选择小鼠模型的时候一定要清楚小鼠的遗传背景信息,如为近交系背景或近交系同源背景,必须要细化到其亚系信息,因为不同近交亚系之间也存在遗传差异,如 C57BL/6J和C57BL/6N

如果您对小鼠的遗传背景还有问题,可以发邮件到 micetech@jax.org(Tips:请在来信中注明姓名和单位) 或拨打我们的技术支持热线400-001-2626,我们的技术服务部门会为您提供帮助。