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技巧之怎样构建更好的实验小鼠
发表于58 天前 技巧 暂无评论 ⁄ 被围观 365+

遗传差异小鼠

Collaborative Cross项目将构建出更多具有巨大遗传差异的实验小鼠,这些小鼠可以帮助我们发现致病基因。

自从Abbie Lathrop女士在自己的农场里大量饲养宠物鼠,并将它们销售给各大实验室开展小鼠科学实验至今已经过去100多年了,今天,小鼠遗传学家们终于可以给 这100年的研究工作画上一个句号。Abbie Lathrop女士是美国马萨诸塞州的一名退休教师,她在自家的农场里饲养了大量的小鼠,并且将这些小鼠在市面上销售,很多科研人员也从她那里购买小鼠进 行实验,于是Abbie Lathrop女士饲养的小鼠就成了20世纪初期第一批用于科学研究的实验小鼠,然而Lathrop小鼠与野生小鼠只有一点点遗传差异性,以至于到今天为 止,在世界上各个实验室里使用的小鼠也都差不太多,没有特别多的性状差异,这种均质化的小鼠给科研人员寻找致病基因的研究工作带来了不少的麻烦。

鉴于此,2001年于爱丁堡召开的国际哺乳动物基因组学大会(International Mammalian Genome Conference, IMGC)上有人提出了雄心勃勃的Collaborative Cross项目。该项目旨在构建数百种遗传差异非常明显、性状各异的小鼠品系,他们今天终于开始提交第一份“作业”了。这批新诞生的小鼠从外表上就能看出 彼此之间非常明显的差异,比如毛色的差异、尾巴长短的差异等等,这些小鼠还给科研人员提供了非常有价值的线索,有望通过这些线索发现具有抗霉菌感染功能的 基因,这在用以前使用的传统小鼠开展的科学研究工作中几乎是不可能完成的工作。

很多经典的实验小鼠品系,比如第一个用于小鼠基因组测序的C57BL/6小鼠就与来自同一祖先的其它小鼠有非常多的相似之处。这些传统品系小鼠彼此之间的 差异只表现在某几个具体的方面,比如是否具有抗感染能力等,但和野生小鼠之间的差异比起来就显得微不足道了。这些不同品系的传统小鼠基因组里有大段的遗传 片段完全一模一样,所以我们很难将某个特异性的性状与具体的一个基因联系起来,即便有幸能够找到表型与基因型之间的联系,那也得花费很长的时间才能取得成 功。

参与了Collaborative Cross项目的英国牛津大学的统计遗传学家Richard Mott指出,每个人都知道小鼠之间其实有着巨大的差异,只不过我们都看不到。

Collaborative Cross项目于2005年在美国能源部Oak Ridge国家实验室正式启动,该项目挑选了5种经典的实验小鼠品系和3种最近构建的源自野生小鼠的品系,将这些小鼠以及它们的杂交后代进行杂交,用这种方式来进行基因重组。

为了构建出纯合型的品系,需要进行很多代的近交交配。据参与了Collaborative Cross项目的美国缅因州巴哈伯Jackson实验室(Jackson Laboratory in Bar Harbor, Maine)的小鼠遗传学家Gary Churchill介绍,到目前为止,Collaborative Cross项目已经构建出了大约30种近交小鼠品系。

可喜的是,这些小鼠已经开始发挥作用了。Fuad Iraqi是以色列特拉维夫大学(Tel Aviv University)的一名遗传学家,他也参与了Collaborative Cross项目。他对66个近交系小鼠进行了检测,以查看它们对烟曲霉菌(Aspergillus fumigatus)的易感性如何。烟曲霉菌是一种生长在土壤中的霉菌,它会使人体患上呼吸道疾病。

实验发现,各品系小鼠对烟曲霉菌感染的抵抗能力各异,在感染后有的小鼠只能活4天,可有的小鼠可以存活28天。Iraqi课题组根据各新构建小鼠的基因型 信息以及它们8位“祖先”的基因组序列信息,再结合各小鼠的存活时间,最终锁定了小鼠基因组里的几个区域,这些区域里包含的那几个基因很有可能就与小鼠对 烟曲霉菌感染的抵抗能力有关。然后再用基因敲除技术将这几个基因给挨个去掉,看看到底是哪个基因起到了关键性的抗霉菌感染作用。

有了Collaborative Cross项目构建的小鼠,Iraqi课题组只用了1年的时间就取得了这样的成果,如果使用经典的实验小鼠进行同样的工作,Iraqi估计需要15年的时 间。现在,Iraqi的课题组又在用同样的方法寻找能够抵抗肺炎克雷伯氏杆菌(Klebsiella pneumoniae)感染的基因以及与其它性状相关的基因。

Churchill指出,他们估计这些小鼠走进实验室以后,各实验室不会慢慢地出成果,而是会大批量、爆炸性地出现一大批重要的科研成果。

Rudolph Balling是卢森堡系统生物医学中心(Luxembourg Centre for Systems Biomedicine)的主任,他认为在第一波科研成果诞生之后,这些Collaborative Cross小鼠的意义将变得更大,因为那时科学家们就可以对具有相同遗传背景但是表型却又各异的问题进行研究了。Balling认为,这还需要一个大的整 合型数据库,这将是决定整个工作成败的关键。

英国MRC Harwell 哺乳动物遗传学研究中心(Mammalian Genetics Unit at MRC Harwell, UK)的主任Steve Brown认为Collaborative Cross项目可以与国际小鼠基因敲除项目(International Knockout Mouse Consortium)很好第合作,构建数千个基因敲除小鼠品系,甚至可以构建缺失了每一个基因的小鼠品系。比如通过这种合作可以将某个基因(敲除了该基 因的小鼠易患糖尿病)与其它性状(比如血糖代谢情况)联系到一起。

目前还没有哪个数据库可以帮助科研人员对基因与性状进行上述关联,我们也不可能将全球的数百种小鼠进行交流。因此,Collaborative Cross项目正在于美国北卡罗来纳大学(University of North Carolina)合作,打算利用Collaborative Cross小鼠打造一个世界级的实验室。他们计划到今年底之前交付第一批Collaborative Cross小鼠,到2012年时预计可以提供100种Collaborative Cross小鼠。Churchill指出,他们希望能够尽可能地提供各种各样的实验小鼠。

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