小鼠的遗传学研究

生命科学

Ｃｈｉｎｅｓｅ　Ｂｕｌｌｅｔｉｎ　ｏｆ　Ｌｉｆｅ　Ｓｃｉｅｎｃｅｓ

Ｖｏｌ．　１８，　Ｎｏ．　５Ｏｃｔ．，　２００６

文章编号　

小鼠的遗传学研究

林兆宇

南京大学模式动物研究所

摘但是

要

突变

小鼠也成为最重要的模式生物之一

不同小鼠

系和工具小鼠品系种类繁多

近交系品系特异的微卫星标记或单核苷酸多态性不断被发现

这些前期工作导致了目前大规模的基因剔除计划

这些计划可能构成未来１０￣２０年中生命科学和医学研究领域的最重要的内容之一小鼠

表型定位

Ａ

Genetic research of mouse

LIN Zhao-Yu, GAO Xiang*

(Model Animal Research Center of Nanjing University, Nanjing 210063, China)

Ａｂｓｔｒａｃｔ：　Ｔｈｅ　ｈｉｓｔｏｒｙ　ｏｆ　ｍｏｕｓｅ　ｇｅｎｅｔｉｃｓ　ｓｔａｒｔｅｄ　ｗｈｅｎ　ｍｉｃｅ　ｓｔｒａｉｎｓ　ｗｅｒｅ　ｉｍｐｏｒｔｅｄ　ｆｒｏｍ　ｐｅｔ　ｆａｒｍ　ｔｏ　Ｃａｓｔｌｅ抯ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ　ｉｎ　Ｈａｒｖａｒｄ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ａｂｏｕｔ　ｏｎｅ　ｈｕｎｄｒｅｄ　ｙｅａｒｓ　ａｇｏ．　Ｍｏｕｓｅ　ｇｅｎｏｍｅ　ｉｓ　ｈｉｇｈｌｙ　ｈｏｍｏｌｏｇｏｕｓ　ｔｏｈｕｍａｎ　ａｎｄ　ｃａｎ　ｂｅ　ｍｏｄｉｆｉｅｄ　ｂｙ　ｖａｒｉｏｕｓ　ａｐｐｒｏａｃｈｅｓ．　Ｍｏｒｅｏｖｅｒ，　ｔｈｏｕｓａｎｄｓ　ｏｆ　ｉｎｂｒｅｄ　ｓｔｒａｉｎｓ　，　ｍｕｔａｎｔ　ｓｔｒａｉｎｓ　ａｎｄ搕ｏｏｌｓｔｒａｉｎｓ　ｈａｖｅ　ｂｅｅｎ　ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ．　Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ，　ｍｏｕｓｅ　ｈａｓ　ｂｅｃｏｍｅ　ｔｈｅ　ｋｅｙ　ｍｏｄｅｌ　ａｎｉｍａｌ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｏｆｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｂｉｏｌｏｇｙ，　ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ　ｇｅｎｏｍｉｃｓ　ａｎｄ　ｄｉｓｅａｓｅ　ｍｅｃｈａｎｉｓｍ．　Ｎｏｗ　ｔｈｅ　ｍｏｕｓｅ　ｇｅｎｏｍｅ　ｐｒｏｊｅｃｔ　ｗａｓｃｏｍｐｌｅｔｅｄ．　Ｍｉｌｌｉｏｎｓ　ｏｆ　ｍｉｃｒｏｓａｔｅｌｌｉｔｅ　ｍａｒｋｅｒｓ　ａｎｄ　ＳＮＰｓ　ａｍｏｎｇ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｉｎｂｒｅｄ　ｍｏｕｓｅ　ｓｔｒａｉｎｓ　ｗｅｒｅ　ｉｄｅｎｔｉｆｉｅｄ．Ｔｈｅ　ａｓｓａｙｓ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｐｈｙｓｉｏｌｏｇｙ　ａｎｄ　ｂｉｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ　ｐｈｅｎｏｔｙｐｅｓ　ａｒｅ　ｃｏｎｓｔａｎｔｌｙ　ｉｍｐｒｏｖｉｎｇ，　ａｌｏｎｇ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｃｏｌｌｅｃ－ｔｉｏｎ　ｏｆ　ｍｏｒｅ　ａｎｄ　ｍｏｒｅ　ｄａｔａ．　Ｔｈｅｓｅ　ｗｏｒｋｓ　ｅｎａｂｌｅ　ｔｈｅ　ｓｅｖｅｒａｌ　ｐｒｏｇｒａｍｓ　ｆｏｒ　ｌａｒｇｅ　ｓｃａｌｅ　ｇｅｎｏｍｅ　ｍｕｔａｇｅｎｅｓｉｓ，　ｇｅｎｅｔａｒｇｅｔｉｎｇ，　ａｓ　ｗｅｌｌ　ａｓ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｎｇ　ａｎｄ　ａｎａｌｙｚｉｎｇ　ｎｅｗ　ｒｅｃｏｍｂｉｎｅｄ　ｉｎｂｒｅｄ　ｓｔｒａｉｎｓ．　Ｔｈｅｓｅ　ｐｒｏｇｒａｍｓ　ｍａｙ　ｂｅｃｏｍｅｔｈｅ　ｍｏｓｔ　ｉｍｐｏｒｔａｎｔ　ｓｔｕｄｉｅｓ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｂｉｏｌｏｇｙ　ａｎｄ　ｍｅｄｉｃｉｎｅ　ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｃｏｍｉｎｇ　ｄｅｃａｄｅｓ．Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：　ｍｏｕｓｅ；　ｇｅｎｏｍｅ　ｍａｎｉｐｕｌａｔｉｏｎ；　ｉｎｂｒｅｄ　ｓｔｒａｉｎｓ；　ｐｈｅｎｏｔｙｐｅ　ｍａｐｐｉｎｇ；　ｄｉｓｅａｓｅ　ｍｏｄｅｌ

小鼠属于脊椎动物门（ｃｒａｎｉｏｔａ）哺

乳纲（Ｍａｍｍａｌｉａ）啮齿目（Ｒｏｄｅｎｔｉａ）鼠科（Ｍｕｒｉｄａｅ）小鼠属（Ｍｕｓ）

是和人类共居的一类小型啮齿

动物实验室以前

在被引进

哈佛大学的Ｃａｓｔｌｅ才在当时孟德尔遗传学研究的影响下开始了小鼠遗传学研究

１９０９年Ｃａｓｔｌｅ实验室的Ｌｉｔｔｌｅ得到了第一个近交系小鼠

ＤＢＡ品系后

林兆宇（１９８５男高翔（１９６３男博士生导师

438生命科学第１８卷

到了Ｃ５７ＢＬ／６

这些近交系构成了目前世界上使用最广泛品系［１０￣１２］

的几种品系

６０００多个突变品系［２］

Ｐａｌｍｉｔｅｒ和Ｂｒｉｎｓｔｅｒ首先制造了携带外源基

因的新的小鼠品系因片断

第一个

转基因小鼠品系携带了可表达的大鼠生长激素的基

并在短期内提供了大量的新的小鼠

他们正在建立上百种通过现有近交系杂交而形成的新的重组近交系［１３］

我们有望对一些复杂性状（如代谢过程）的作深入的遗传学分析

高血压从２００５年起

在Ｅｖａｎｓ

通过ＥＳ细胞内ＤＮＡ同源重组的方法

达１亿多美元

第一期总投资建立基因剔除小鼠

品系

小鼠

金标准

１９９８年

由于

在１９９０年启动人类基因组计划时小鼠就被列为五种核心模式生物之一

小鼠Ｃ５７ＢＬ／

６ｊ近交系基因组的研究相继取得了成果

的突变品系

首先

而小鼠在６千万年前还和人类共同

拥有一个祖先

研究者们分析了９６％小鼠基因组序列证实了小鼠与人类在基因水平上的高度

８月小鼠的

全基因组图谱完成

和小鼠的分子生物学研究同步的是小鼠的生理生化数据的积累

呼吸

行为等生理功能检测仪

器设备和方法在过去几十年中得到的迅速发展

由于不同的小鼠近交系

在许多上述指标上有明显的差异

可以建立特定

功能表型在基因组上的定位

同源［６］

因此小鼠的研究成果就有很大

的可能性是可以推演到人类

和狗

小鼠的繁殖能力强

而远

交群的小鼠的生殖能力更强

开始繁殖下一代

这样生产后的雌鼠和幼鼠

仍可以和雄鼠同笼

同时也能提高交配的频率

由于小鼠体积小（通常

成年鼠的体重在２０￣４０ｇ之间）

进而采用微卫星标记

近年来

ＤＮＡ

这种以新突

变品系的病理表型为出发点

分重要

而小鼠的这种特性就使研究人员

再次

对研究中判断不同发育阶段十

第５期林兆宇小鼠的遗传学研究４３９

不必时刻注意实验动物的行为

容易抓取和进行

实验操作

而且形成了各种实验用近交系

这就使实验结果

更容易被接受３小鼠的应用及基因组改造

小鼠在生命科学的研究中有着诸多用途

常见的实验应用可以分为三大

类

但是对小鼠施加了

外界影响的实验应用

注射各种生物制剂的目的和注射化学合成药品的目的相仿

小鼠便于获取

选择小鼠来做移植实验有许多优势

所以同品

系的异体移植的组织排异反应十分轻微

如裸鼠等对异体移植物

无排异反应

具有与人类基本相近一致的居住环境适应性

该类包括了小鼠的解剖

各种免疫

印迹（Ｗｅｓｔｅｒｎ

这些实验技术不仅仅

适用于小鼠

熟

但是由于小鼠有其自身的特性

第三大类是经典的小鼠突变模型大多是通过对自发突变的筛选与培育得到的

所以期待运用自

然突变进行饱和突变筛选完全不可能实现

小鼠基因组改造技术已经非常成

首先

可以用于进行自发癌症的研究

或

所以其结果的可信度

较高

的小鼠以获得足够的样本

第二大类的实验应用根据对小鼠施加的外界影响分为两种

非生物源性的外界影响包括了辐射将小鼠暴露在特定环境中

可以研究动物如何抵抗不利环境的

作用

同时也

可以利用小鼠的反应将其作为环境检测的实验对象

这类生物源性的外界刺激包括了

蛋白质

转基因技术

子技术可以归到此类

基

因剔除（ｋｎｏｃｋ－ｏｕｔ）和基因敲入（ｋｎｏｃｋ－ｉｎ）属于此类

技术及转座

将突变传给后代

医学的基础研究至关重要

目前基因组改造技术又可以分为三类

并需要大量

而后两个证

据则主要依赖于基因剔除和转基因的手段

不仅仅对生物

最后

其次

440生命科学第１８卷

品诱变两种

果蝇突变体的筛选最初就是使

用Ｘ射线诱变的方法来实现的

常规化学药品诱变的概

率与辐射诱变概率差不多

所以用辐射诱变和如苯丁酸氮

芥（ｃｈｌｏｒａｍｂｕｃｉｌ）等常规化学药品的效率相对于小鼠来说是比较低的ＥＮＵ主要诱导产生点突变

由于ＥＮＵ的高效性加上人类遗传疾病

大多由点突变造成

受到许多实验室青睐

霉素磷酸转移酶ｎｅｏ

实

验的结果通常可以获得几乎１００％的基因突变后代

一是序列置换导

致基因的失活这被称为基因敲入

到２００２年６月已报道的基因敲除

小鼠品系已达到了３０００种以上

这也是人类仅有

３万个基因但能控制高度有序的复杂结构模式及稳态的基础

因此

建立合适的疾病模型

后期的突变基因染色体定位需要花费较多时间

ｆｌｏｘ

当有意识将表达载体插入基因组时

转基因

基因基因助相似思路

和基因组结构整合形成

新的基因表达单元

启动子陷阱（ｐｒｏｍｏｔｅｒ　ｔｒａｐ）和基因

陷阱等

绿色荧光蛋白ＧＦＰ等）的表达情况

增殖

同时

由于这种方法在突变位点引进了

特定ＤＮＡ分子标志

由于ＤＮＡ分子体

积大

和

一般认为基因陷阱不能用于饱和诱变［１１￣１２］

导入的ＤＮＡ片断上含有与基因组某段序列相

同的碱基序列

结果导致两段ＤＮＡ同源臂之间的

序列发生了置换

但如果在置换区带上可筛选标记基因（如新

响目前

分析其对整体动物生理生化过程的影

以血糖的稳态为例

瘦

素和ＧＬＰ１等关键内分泌分子的靶器官包括肝脏

其分泌和代谢过程也涉及

多器官和细胞类型

对于复杂生物

基因功能的研究可以在三个层次展开胞内失活转转借

在没有Ｃｒｅ表达时

在表达Ｃｒｅ的细胞内

从而导致该基因在此细ｆｌｏｘ

第５期林兆宇小鼠的遗传学研究４４１

映了小鼠在基因改造领域的得天独厚的优势

我国小鼠基因组改造相关工作

研究起步晚

相关疾病的动物模型研究也因此成为致病机理研究和生物医药研究开发的瓶颈

国家自然科学基金委员会

我国科技工作者利用多

种模式生物开展了生物技术

基因功能毒理方面的研究

科技部启动了

国家遗传工程小鼠资源库的建立

资源库建立了完善的转基因

三年多来已为国内外研发机构建立了遗传工程小鼠品系１００余种

肥胖症

发育缺陷

８６３

究学院开展了细菌人工染色体克隆的小鼠转基因研

值得一提的是

以期和国际上的小鼠研究同步

完全有能力在国际功能基因组学和疾病模型研究中取得应有的地位

是经上海市批准成立的自收自支的事业

法人单位

家和地方科技项目

为相关科研机构或企业提供模式生物技术服务

涉及人类重大疾病１０余种乙型肝炎

疾病

支

撑生物技术及生物医药产业发展

上海实验动物资源公共服务平台

该建设项

目将计划于２００７年４月建成投入使用

除此之外

中国医学科

心血管承担国