实验室玄学?不可不防的遗传漂变


常哲学:今天的我还是昨天的我吗?

实验室玄学:实验又失败了,是我的问题还是鼠的问题?

偶然灵光一闪:我面前的这只鼠还是我预想的基因型的鼠吗?

嗯~那你可能触及了问题的本质。


何为“遗传漂变”

世界的本质是物质,物质是运动的,而遗传物质也是在不断的复制过程中的。运动就可能会发生意外,遗传物质也会发生自发突变。而在种群中,随机出现的自发突变在繁殖过程中,消失或逐渐固定,这一过程被称之为基因遗传漂变。一般情况下,族群的生物个体的数量越少,族群中基因就越容易发生遗传漂变。它和选择、突变、近亲繁殖等等都是影响等位基因频率的重要因素。

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Fig.1 等位基因在种群中逐渐固定


“遗传漂变”普遍存在

遗传漂变在不同的小鼠种群中发生程度不同,但相当普遍和频繁。根据 100 多万只小鼠的毛色突变观察结果,科研人员计算得到自发突变率为:每 1.8 代就可发生 1 个表型突变。在近交系小鼠种群中,这些突变有 25% 的可能性在群体中被固定下来 (即形成纯合)。一般我们在实验室饲养的小鼠种群,数量都是相对较少的,在小种群中,遗传漂变出现的概率就大大增加了(Fig.2)。

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Fig.2 在小种群中发生的自发突变更加容易固定到种群中  (注:灰色表示野生型小鼠,浅蓝色表示杂合小鼠,深蓝色表示突变纯合小鼠。)

如果在实验过程中,没有注意到小鼠表型发生的变化,就有可能对实验结果产生影响,从而出现无法重复以往或者文献中的实验结果的问题。例如,某实验室的亲本近交系 C3H就曾在繁育中出现了两个亚系,其中一个品系被发现对脂多糖(LPS)具有耐药性,而另一品系仍然对 LPS 敏感。后来发现其中一个品系发生了Tlr4 第 2342 位核苷酸的 C 到 A的突变,如果这一突变没有被发现,那么这些品系得到的免疫学结论混杂,将对实验结果的科学性产生重大的影响。


如何避免遗传漂变带来的影响?

首先是要做好记录,在小鼠饲养繁育过程中,及时用文字的方式记录小鼠的来源(合格的小鼠供应商对基因漂变有着严格的控制),基因型,繁育方式,代次,及时观察小鼠表型,从而在实验出现问题时能够回溯小鼠的变化。

然而记录本质上并没有解决遗传漂变的问题,那如何避免小鼠发生遗传漂变呢?

我们终极策略是适时更新遗传背景。一般来说,每5-10代更新小鼠的遗传背景,就可以大大减小遗传漂变发生的概率。

如何更新?首先我们在购买小鼠后,应对小鼠的遗传物质进行冷冻,例如精子或胚胎。当遗传漂变发生时,可以重新复苏小鼠,更新小鼠品系。

其次,通过同适当的近交系或杂交系进行回交来“更新”品系的遗传背景。为了性染色体的更新,需同时和雌鼠和雄鼠进行交配。交配策略可见下图:

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Fig.3 小鼠回交策略

1. 用“可能发生漂变”鼠群中的纯合雌鼠(蓝色XX染色体)与野生型近交系雄鼠(红色XY 染色体)进行交配,得到均为杂合子的幼鼠 (N1)。

2. 在下一代繁育中,用一只N1杂合雄鼠(蓝色X,红色Y)与野生型近交系雌鼠(红色 XX)交配,得到N2回交系。

3. 重复步骤2:用一只N2杂合雄鼠(现为红色XY)并与近交系雌鼠(红色XX)交配,以产生N3回交系。

4. 最后,让N3杂合子的雌鼠和雄鼠(所有性染色体现在都已经过“更新”,均为红色)交配,使得有敲除位点的一对等位基因重新成为纯合(图中未显示纯合的未突变基因)。


最后,更为直接的方法就是重新购买繁殖对啦,替换实验室长期使用的小鼠种群。

以上便是小鼠背景更新的3种方法,南模生物可提供小鼠精子或胚胎冻存,小鼠回交等服务,如果您需要我们帮您控制遗传漂变,请留言,我们的繁育专家,竭诚为您服务。



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