實驗動物(experimental animal)是經人工飼育，對其攜帶的微生物實行控制，遺傳背景明確或者來源清楚的，用于科學研究、教學、生產、檢定以及其他科學實驗的動物。實驗動物是遺傳限定動物。活體動物對外界的刺激反應特性在本質上是由動物的基因決定的。不同遺傳背景的實驗動物對同一實驗處理的反應性可能是不同的。為了保證實驗研究結果的相對均一性和可比性，必須對動物的基因雜合性進行限定。實驗動物是按照遺傳學原理，經過人工培育，對其基因進行限制，具有遺傳背景明確、來源清楚的特點。
 

動物的基因型、表現型、演出型和環(huán)境之間的關系模式圖

從遺傳學角度講，實驗動物是具有明確遺傳背景并受嚴格遺傳控制的遺傳限定動物。根據其遺傳特點的不同，實驗動物分為近交系、封閉群、雜交群、突變系和由遺傳工程產生的新型品系。
 

1. 近交系動物

 

近交系(inbred strain)是指至少連續(xù)20代的全同胞兄妹交配培育而成，品系內所有個體都可追溯到起源于第20代或以后代數的一對共同祖先。近交系小鼠是科研工作中常用的一種動物，在育種過程中推薦嚴格的“同胞兄妹交配”進行繁殖育種。要注意的一點是，在公司大規(guī)模繁育飼養(yǎng)的過程中，近交動物一般分為基礎群(同胞兄妹交配)、血緣擴大群(同胞兄妹交配)和生產群(隨機交配)，在常規(guī)購買近交系動物時多為生產群動物，如果有特殊繁育要求，建議和實驗動物供應商確認動物種群。
 

近交系紅綠燈繁殖方案

 

 

除了普通近交系外，近交系還分為重組近交系、重組同類系、同源近交系等，不同的近交系繁育方式不同。

 

2. 封閉群動物

ICLAS(國際實驗動物科學委員會)規(guī)定，以非近交方式進行繁殖生產的一個種群，在不從外部引入新的血緣條件下，至少連續(xù)繁殖4代以上稱為封閉群。封閉群在繁殖過程中，要盡可能降低近交系數的增長率，一般選擇隨機交配的方法進行繁殖(隨機交配是任何一個雌性或雄性的個體與任何一個相反性別的個體交配的概率都相同，保證基因頻率和基因型頻率保持恒定)。

 

3. 雜交群動物

雜交群動物：是指兩個不同近交系之間進行有計劃的交配。雜交所產生的第一代動物，即F1代動物(F1-hybrid)，具有兩親本遺傳特性或產生新的遺傳特性的動物群。雜交群動物的繁殖比較簡單，只是將兩個用于生產雜交F1代動物的親本品系或種群進行交配，所得仔代即為F1代動物。F1代動物直接用于實驗，不能留種。
 

雜交系動物繁殖系譜圖

 

4. 突變系動物

突變系動物是指正常染色體的基因發(fā)生突變而具有了各種遺傳缺陷的動物，進行定向培育成的近交系;或用遺傳學方法將突變基因導入已育成的近交系，這樣具有突變基因的近交系稱為突變系。突變系動物在繁育過程中與轉基因動物繁育方法類似。

 

5. 由遺傳工程產生的新型品系

隨著基因編輯技術的發(fā)展，科研人員制作了各種新型轉基因動物，轉基因動物是指以實驗方法導入外源基因，在染色體組內穩(wěn)定整合并能遺傳給后代的一類動物。這種動物在使用的過程中很多都是需要我們自主繁殖的。

一般來說，我們定制的轉基因動物一般會獲得Founder(F0代)或者是F1代小鼠。比如CRISPR/Cas9技術是通過把Cas9蛋白/mRNA/質粒和gRNA等物質顯微注射到小鼠受精卵中，再將注射的受精卵移植到代孕雌鼠的子宮內，代孕母鼠生的小鼠就是F0代小鼠。由于原核注射后DNA隨機性，得到的每只F0都不相同，且每只F0代表一個獨立的line，不同F0小鼠的表達會有差異。因此F0代小鼠不能直接應用于實驗、也不能彼此交配進行繁殖，所有的F0代動物要與野生型動物進行交配，以穩(wěn)定遺傳并獲得穩(wěn)定的轉基因小鼠品系，繁殖方案如圖:

 

 

在轉基因小鼠進一步繁育建系過程中，一般根據基因的作用確定繁育方案。在純合基因不影響生殖發(fā)育的情況下，一般純合子交配并保持近交交配即可，子代動物不需要進行基因型鑒定，繁殖方案如下：

 

 

如果純合基因致死，或者雙性發(fā)育不良，則采用同胞兄妹雜合子交配的方案進行繁殖，子代需要進行基因型鑒定，繁殖方案如下：

 

 

如果純合基因導致動物單性別發(fā)育不良，則采用雜合子和純合子交配的方案進行繁育，獲得的子代雜合子或純合子，子代需要進行基因型鑒定，繁殖方案如下(以雌性發(fā)育不良為例)：

 

 

多基因敲除小鼠進行繁育或者使用兩種或兩種以上現有品系進行育種時，除了要考慮每一個基因對發(fā)育的影響外，還要考慮各基因是否連鎖遺傳，并針對每種基因的不同繁殖方案進行合并分析。

 

總之，實驗動物繁育是一個既簡單又復雜的過程，各位老師要根據自己的目的和動物進行合理的選擇，并在繁育過程中根據動物的狀態(tài)進行調整。