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近交系

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近交系（英語：inbred strain / inbred line）是特定物種在反覆近親繁殖後得到的基因型幾乎相同的一批個體。一個品系經歷了至少20代的兄弟姐妹交配或後代親本交配後，即為近交系[1]，此時該品系的個體中，至少98.6%的基因座是純合的，且每個個體都可視為事實上的克隆個體。一些近交系已經繁育了150多代，使種群內的個體事實上是同基因的。[2] 近交系動物常用於實驗室，這是因為為了使研究結論可復現，實驗動物都應儘可能相似。不過，也有些實驗可能要求受試種群有遺傳多樣性。因此，大多數實驗室動物也有遠交系（英語：outbred strain），遠交品系實質是自然界中的野生型品系，近交程度很低。[3]

某些植物，包括遺傳模式生物擬南芥，會自然地自花授粉，使得在實驗室中培養近交系非常容易（其他植物，包括重要的遺傳模型生物，如玉米，需要用一朵花給另一朵花授粉）。[4][5]

實驗室應用

近交系已廣泛應用於研究。一些用近交系完成的實驗獲得了諾貝爾獎，若沒有近交系，這些獲獎的工作可能是無法完成的。這些工作包括Medawar對免疫耐受的研究、Kohler和Milstein對單株抗體的開發，以及Doherty和Zinkernagel對主要組織相容性複合體（MHC）的研究。[2]

同基因生物體具有相同或幾乎相同的基因型。[6]對於近交系菌株而言，它們在第20代時，相似性通常至少有98.6%。[2]極高的一致性，意味着在同一實驗中，使用近交系比使用遠交系需要的個體更少，就能產生具有相同統計顯著性水平的結果。[7]

近交系的育種通常有針對性地培養特定的表型，例如酒精偏好等行為特徵或衰老等形體特徵，或者可以施加選擇，使之在實驗中更易使用，例如易用於轉基因實驗。[2]使用近交系作為模型的主要優勢之一是近交系可隨時用於任何進行中的研究，並且有傑克遜實驗室（英語：Jackson Laboratory）和FlyBase（英語：FlyBase）等資源，研究者可以在其中查找具有特定表型或基因型的近交系、重組系和近等基因系（英語：coisogenic strain）。暫不需要的品系胚胎可以冷凍和保存，待需要其獨特的基因型或表型性狀時取出。[8]

重組近交系

利用近交系的數量性狀基因座定位

對於數量性狀的連鎖分析，重組近交系（英語：Recombinant inbred strain）因其同基因的性質而有用，因為個體的遺傳相似性使得數量性狀基因座分析很容易復現。復現能提高定位實驗結果的精確度，並且由於環境的微小變化就可能影響生物體的壽命，進而導致實驗結果波動，它們在研究衰老等特徵時是必備的。[9]

近等基因系

這是一種近交系，其要麼已經改變，要麼有自然突變，使某個基因座上有差異。[10]此類品系可用於分析近交系內或近交系之間的差異，因為任何差異既可能是由一個遺傳變化造成的，也可能是同一品系內兩個個體所處的環境條件不同造成的。[9]

遺傳漂變

動物近親繁殖有時會導致遺傳漂變。相似基因的連續疊加暴露了隱性基因模式，這些模式通常會導致繁殖能力、適應度和生存能力的變化。這些特性下降稱為近交衰退。兩個近交系之間雜交可消除有害的隱性基因，使上述特性得到強化，這被稱為雜種優勢。[11]

由於近交系是純合個體的小種群，它們容易受到由遺傳漂變固定下來的突變的影響。傑克遜實驗室（英語：Jackson Laboratory）在一次關於小鼠遺傳漂變的報告會議上，根據觀察到的性狀計算了突變率的粗略估計值：每1.8代發生1個表型突變，但他們提醒說，這可能是低估的數字，因為他們只用了外表可見的表型變化，而未考慮內部的表型變化。他們補充說，統計學上，每6-9代，編碼序列中就有一個突變會固定下來，導致形成新的亞系。進行對照時必須慎重，兩個亞系之間並不可比，因為二者可能有很大差異。[12]

著名品系

大鼠

  • SD大鼠，全稱：斯普拉格-道利大鼠（Sprague-Dawley rat）
  • Wistar大鼠是近交系大鼠的通稱，例如從Wistar遠交發展而來的品系Wistar-Kyoto。
  • 大鼠基因組數據庫（Rat Genome Database）維護更新最新的近交系大鼠及其性狀的列表。

小鼠

傑克遜實驗室（Jackson Laboratory）網站提供小鼠近交系的系譜圖，這些信息目前由該實驗室維護。[13]

豚鼠

隆美爾（G. M. Rommel）於1906年開始對豚鼠進行近交實驗。來自這些實驗的品系2 和品系13的豚鼠至今仍在使用。1915年，休厄爾·賴特接手了這項實驗。他面臨着分析隆美爾積累下來的數據的任務。賴特開始對構建近親繁殖的一般數學理論產生了濃厚興趣。到了1920年，賴特提出了路徑係數的方法，然後用它來發展近親繁殖數學理論。賴特在1922年引入了近交係數F來衡量結合配子之間的相關性，隨後的近親繁殖大多數理論都是從他的工作中延伸出來的。目前最廣泛使用的近交係數的定義，與賴特的定義在數學上是等價的。[8]

青鱂

日本青鱂對近親繁殖的耐受性很高，有一個品系已經持續進行兄弟姐妹交100多代，仍沒有顯示出近交衰退的跡象，為實驗室研究和基因操作提供了方便的工具。鱂魚在實驗室中具有重要價值，主要是因為其在胚胎、幼體和幼魚等早期生長階段的是透明的，生長時容易觀察其體內器官和系統的發育。其優點還包括可以通過各種遺傳方法輕鬆製造嵌合體，例如將細胞植入正在生長的胚胎中，從而能夠在實驗室內研究嵌合和轉基因青鱂魚品系。[14]

斑馬魚

儘管斑馬魚有許多值得研究的特徵（例如再生），但斑馬魚的近交品種相對較少，這可能是因為它們比小鼠或青鱂魚更容易近交衰退，但目前尚不清楚近交的影響是否可以克服，進而培養出可用於實驗室的同基因品系。[15]

參見

參考文獻

  1. ^ Silver, L. Inbred Strain. Brenner's Encyclopedia of Genetics. Elsevier. 2001: 53 [2024-01-12]. ISBN 978-0-08-096156-9. doi:10.1016/b978-0-12-374984-0.00781-6. （原始內容存檔於2018-07-03） （英語）. 
  2. ^ 2.0 2.1 2.2 2.3 Beck JA, Lloyd S, Hafezparast M, Lennon-Pierce M, Eppig JT, Festing MF, Fisher EM. Genealogies of mouse inbred strains. Nature Genetics. January 2000, 24 (1): 23–5. PMID 10615122. doi:10.1038/71641. 
  3. ^ Outbred Stocks. Isogenic. [28 November 2017]. 
  4. ^ Roderick, Thomas H.; Schlager, Gunther. Green, Earl L. , 編. Multiple Factor Inheritance. New York: McGraw-Hill. 1966: 156. LCCN 65-27978. 
  5. ^ Lyon, Mary F. Green, Margaret C. , 編. Rules for Nomenclature of Inbred Strains. Stuttgart: Gustav Fischer Verlag. 1981: 368. ISBN 0-89574-152-0. 
  6. ^ Isogenic. Merriam-Webster. [18 November 2017]. （原始內容存檔於2021-03-07）. 
  7. ^ Increased statistical power. isogenic.info. [2017-11-30]. （原始內容存檔於2017-10-02）. 
  8. ^ 8.0 8.1 History of inbred strains. isogenic.info. [2017-11-30]. （原始內容存檔於2017-07-04）. 
  9. ^ 9.0 9.1 Dixon LK. Use of recombinant inbred strains to map genes of aging. Genetica. 1993, 91 (1–3): 151–65. PMID 8125266. doi:10.1007/BF01435995. 
  10. ^ Bult CJ, Eppig JT, Blake JA, Kadin JA, Richardson JE. Mouse genome database 2016. Nucleic Acids Research. January 2016, 44 (D1): D840-7. PMC 4702860 可免費查閱. PMID 26578600. doi:10.1093/nar/gkv1211. 
  11. ^ Michael Festing. Inbreeding & it's（原文如此） effects. [2013-12-19]. （原始內容存檔於2021-05-06）. 
  12. ^ Genetic Drift: What It Is and Its Impact on Your Research (PDF). The Jackson Laboratory. [18 November 2017]. （原始內容 (PDF)存檔於2017-12-01）. 
  13. ^ History of inbred strains. isogenic.info. [2017-11-30]. （原始內容存檔於2017-07-04）. 
  14. ^ Kirchmaier S, Naruse K, Wittbrodt J, Loosli F. The genomic and genetic toolbox of the teleost medaka (Oryzias latipes). Genetics. April 2015, 199 (4): 905–18. PMC 4391551 可免費查閱. PMID 25855651. doi:10.1534/genetics.114.173849. 
  15. ^ Shinya M, Sakai N. Generation of highly homogeneous strains of zebrafish through full sib-pair mating. G3. October 2011, 1 (5): 377–86 [2022-06-17]. PMC 3276154 可免費查閱. PMID 22384348. doi:10.1534/g3.111.000851. （原始內容存檔於2018-06-02）. 
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