Инбредный штамм
Инбредные линии (называемые также инбредными линиями или реже для животных - линейными животными ) — особи определенного вида , практически идентичные друг другу по генотипу вследствие длительного инбридинга . Штамм является инбредным, если он претерпел не менее 20 поколений спаривания брата х сестры или потомка х родителей, после чего по крайней мере 98,6% локусов в особи штамма будут гомозиготными , и каждого индивидуума можно эффективно рассматривать как клоны . Некоторые инбредные штаммы выводятся на протяжении более 150 поколений, в результате чего особи в популяции остаются изогенными по своей природе. [1] Инбредные линии животных часто используются в лабораториях для экспериментов, где для воспроизводимости выводов все подопытные животные должны быть как можно более похожими. Однако для некоторых экспериментов может быть желательно генетическое разнообразие исследуемой популяции. Таким образом, также доступны аутбредные штаммы большинства лабораторных животных, где аутбредный штамм представляет собой штамм организма, который фактически является диким типом в природе, где инбридинг как можно меньше. [2]
Некоторые растения, включая генетический модельный организм Arabidopsis thaliana, естественным образом самоопыляются , что позволяет довольно легко создавать инбредные штаммы в лаборатории (другие растения, включая важные генетические модели, такие как кукуруза, требуют переноса пыльцы с одного цветка на другой). [3] [4]
В лаборатории
[ редактировать ]Инбредные штаммы широко использовались в исследованиях. Несколько Нобелевских премий были присуждены за работу, которая, вероятно, не была бы осуществлена без инбредных штаммов. Эта работа включает в себя исследования Медавара по иммунной толерантности Кёлером и Мильштейном , разработку моноклональных антител , а также исследования Доэрти и Цинкернагеля главного комплекса гистосовместимости (MHC). [1]
Изогенные организмы имеют идентичные или почти идентичные генотипы . [5] что справедливо для инбредных штаммов, поскольку к 20 поколению они обычно имеют сходство не менее 98,6%. [1] Эта чрезвычайно высокая однородность означает, что для получения результатов с тем же уровнем статистической значимости требуется меньшее количество особей при использовании инбредной линии по сравнению с аутбредной линией в том же эксперименте. [6]
Селекция инбредных штаммов часто направлена на определенные интересующие фенотипы , такие как поведенческие черты, такие как предпочтение алкоголя, или физические черты, такие как старение, или они могут быть отобраны по признакам, которые облегчают их использование в экспериментах, например, простота использования в трансгенных экспериментах. [1] Одним из ключевых преимуществ использования инбредных штаммов в качестве модели является то, что штаммы легко доступны для любого проводимого исследования и что существуют такие ресурсы, как Лаборатория Джексона и FlyBase , где можно найти штаммы с определенными фенотипами или генотипами из среди инбредных линий, рекомбинантных линий и коизогенных штаммов . Эмбрионы линий, которые в настоящее время мало интересны, могут быть заморожены и сохранены до тех пор, пока не возникнет интерес к их уникальным генотипическим или фенотипическим признакам. [7]
Рекомбинантные инбредные линии
[ редактировать ]
Для анализа сцепления признаков количественных рекомбинантные линии полезны из-за их изогенной природы, поскольку генетическое сходство особей позволяет воспроизвести анализ локуса количественных признаков. Репликация повышает точность результатов эксперимента по картированию и необходима для таких признаков, как старение, когда незначительные изменения в окружающей среде могут повлиять на продолжительность жизни организма, приводя к изменению результатов. [8]
Койзогенный штамм
[ редактировать ]Один тип инбредного штамма, который либо был изменен, либо естественным образом мутировал так, что стал отличаться в одном локусе . [9] Такие штаммы полезны при анализе различий внутри инбредного штамма или между инбредными штаммами, поскольку любые различия могут быть обусловлены одним генетическим изменением или разницей в условиях окружающей среды между двумя особями одного и того же штамма. [8]
Гал4 строки
[ редактировать ]Одним из наиболее конкретных применений инбредных штаммов дрозофилы является использование линий Gal4/UAS в исследованиях. [10] Gal4/UAS представляет собой систему-драйвер, в которой Gal4 может экспрессироваться в определенных тканях при определенных условиях в зависимости от его местоположения в геноме дрозофилы . Gal4 при экспрессии увеличит экспрессию генов с последовательностью UAS, специфичной для Gal4, которые обычно не встречаются у дрозофилы, а это означает, что исследователь может проверить экспрессию трансгенного гена в различных тканях путем скрещивания желаемой линии UAS с линией Gal4. с предполагаемым шаблоном выражения. Неизвестные закономерности экспрессии также можно определить с помощью зеленого флуоресцентного белка (GFP) в качестве белка, экспрессируемого UAS. В частности, у дрозофилы есть тысячи линий Gal4 с уникальными и специфическими паттернами экспрессии, что позволяет тестировать большинство паттернов экспрессии внутри организма. [10]
Эффекты
[ редактировать ]Инбридинг животных иногда приводит к генетическому дрейфу . Постоянное наложение сходной генетики обнажает рецессивные генные модели, которые часто приводят к изменениям в репродуктивной способности, приспособленности и способности к выживанию. Уменьшение этих областей известно как инбредная депрессия . Гибрид двух инбредных штаммов можно использовать для устранения вредных рецессивных генов, что приводит к увеличению упомянутых областей. Это известно как гетерозис . [11]
Инбредные штаммы, поскольку представляют собой небольшие популяции гомозиготных особей, подвержены фиксации новых мутаций посредством генетического дрейфа. Лаборатория Джексона на информационной сессии, посвященной генетическому дрейфу у мышей, подсчитала, что скорость мутаций на основе наблюдаемых признаков составляет 1 фенотипическую мутацию каждые 1,8 поколения, хотя они предупреждают, что это, вероятно, недостаточное представление, поскольку данные они использовали для видимых фенотипических изменений, а не для изменений фенотипа внутри линий мышей. Далее они добавляют, что статистически каждые 6-9 поколений фиксируется мутация в кодирующей последовательности, приводящая к созданию нового субштамма. При сравнении результатов необходимо соблюдать осторожность, чтобы не сравнивались два субштамма, поскольку субштаммы могут сильно различаться. [12]
Известные виды
[ редактировать ]Крысы и мыши
[ редактировать ]«Период перед Первой мировой войной привел к началу инбридинга крыс доктором Хелен Кинг примерно в 1909 году и мышами доктором К.С. Литтлом в 1909 году. Последний проект привел к развитию линии мышей DBA, которая сейчас широко распространена как две основные подлинии DBA/1 и DBA/2, выделенные в 1929-1930 годах, мыши DBA почти исчезли в 1918 году, когда основные поголовья были уничтожены мышиным паратифом, и в живых остались только три беспородных мыши. Вскоре после Первой мировой войны доктор Л.С. Стронг начал инбридинг мышей в гораздо больших масштабах, что привело, в частности, к разработке штаммов C3H и CBA, а также доктору К.С. Литтлу, что привело к созданию семейства штаммов C57 (C57BL, C57BR и C57L). Многие из наиболее популярных линий мышей были выведены в течение следующего десятилетия, и некоторые из них тесно связаны. Данные по единообразию митохондриальной ДНК позволяют предположить, что большинство распространенных инбредных линий мышей, вероятно, произошли от одной размножающейся самки. около 150–200 лет назад».
«Многие из наиболее широко используемых инбредных линий крыс также были выведены в этот период, некоторые из них Кертис и Даннинг в Институте исследования рака Колумбийского университета. К этому времени относятся штаммы F344, M520 и Z61, а затем ACI, Классическая работа ACH, A7322 и COP Трайона по селекции умных и тупых крыс привела к развитию инбредных линий TMB и TMD, а затем к широкому использованию инбредных крыс психологами-экспериментаторами». [13]
Крысы
[ редактировать ]- Вистар — общее название инбредных сортов, таких как Вистар-Киото, выведенных из аутбредных сортов Вистар.
- База данных генома крыс содержит текущий список инбредных линий крыс и их характеристики.
Мыши
[ редактировать ]Многочисленные инбредные линии мышей тщательно картированы. [14] , Генеалогическая карта построенная на этих родственных отношениях, активно поддерживается Лабораторией Джексона. [15] и их можно найти на их сайте . [16]
Морские свинки
[ редактировать ]Г. М. Роммель впервые начал проводить эксперименты по инбридингу на морских свинках в 1906 году. В результате этих экспериментов были получены линии 2 и 13 морских свинок, которые используются до сих пор. Сьюэлл Райт взялся за эксперимент в 1915 году. Перед ним стояла задача проанализировать все накопленные данные, полученные Роммелем. Райт серьезно заинтересовался построением общей математической теории инбридинга. К 1920 году Райт разработал свой метод коэффициентов пути, который затем использовал для разработки своей математической теории инбридинга. Райт ввел коэффициент инбридинга F как корреляцию между объединяющимися гаметами в 1922 году, и большая часть последующей теории инбридинга была разработана на основе его работ. Определение коэффициента инбридинга, которое сейчас наиболее широко используется, математически эквивалентно определению Райта. [15]
Медака
[ редактировать ]Японская рыба Медака обладает высокой толерантностью к инбридингу: одну линию разводили брат-сестра на протяжении целых 100 поколений без признаков инбридинговой депрессии, что представляет собой готовый инструмент для лабораторных исследований и генетических манипуляций. Ключевые особенности Медаки, которые делают ее ценной в лаборатории, включают прозрачность ранних стадий роста, таких как эмбрион, личинки и молодые особи, что позволяет наблюдать за развитием органов и систем внутри тела во время роста организма. К ним также относится легкость, с которой можно создать химерный организм с помощью различных генетических подходов, таких как имплантация клеток в растущий эмбрион, что позволяет изучать химерные и трансгенные штаммы медаки в лабораторных условиях. [17]
данио
[ редактировать ]Хотя у рыбок данио есть много особенностей, которые стоит изучить, включая их регенерацию, инбредных линий данио относительно немного , возможно, потому, что они испытывают более сильные последствия инбридинговой депрессии, чем мыши или рыбы Медака, но неясно, можно ли устранить последствия инбредного скрещивания. преодолеть, чтобы можно было создать изогенный штамм для лабораторного использования. [18]
См. также
[ редактировать ]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б с д Бек Дж.А., Ллойд С., Хафезпараст М., Леннон-Пирс М., Эппиг Дж.Т., Фестинг М.Ф., Фишер Э.М. (январь 2000 г.). «Генеалогия инбредных линий мышей». Природная генетика . 24 (1): 23–5. дои : 10.1038/71641 . ПМИД 10615122 . S2CID 9173641 .
- ^ «Бездродные акции» . Изогенный . Проверено 28 ноября 2017 г.
- ^ Родерик Т.Х., Шлагер Г. (1966). «Множественное наследование». В Грин ЭЛ (ред.). Биология лабораторной мыши . Нью-Йорк: МакГроу-Хилл . п. 156. LCCN 65-27978 .
- ^ Лион МФ (1981). «Правила номенклатуры инбредных штаммов». В Грине, Маргарет К. (ред.). Генетические варианты и штаммы лабораторных мышей . Штутгарт: Густав Фишер Верлаг. п. 368. ИСБН 0-89574-152-0 .
- ^ «Изогенный» . Мерриам-Вебстер . Проверено 18 ноября 2017 г.
- ^ «Повышенная статистическая мощность» . isogenic.info . Проверено 30 ноября 2017 г.
- ^ «История инбредных штаммов» . isogenic.info . Проверено 30 ноября 2017 г.
- ^ Jump up to: а б Диксон Л.К. (1993). «Использование рекомбинантных инбредных штаммов для картирования генов старения». Генетика . 91 (1–3): 151–65. дои : 10.1007/BF01435995 . ПМИД 8125266 . S2CID 6943500 .
- ^ Балт С.Дж., Эппиг Дж.Т., Блейк Дж.А., Кадин Дж.А., Ричардсон Дж.Э. (январь 2016 г.). «База данных генома мыши 2016» . Исследования нуклеиновых кислот . 44 (Д1): Д840-7. дои : 10.1093/nar/gkv1211 . ПМК 4702860 . ПМИД 26578600 .
- ^ Jump up to: а б Даффи Дж.Б. (1 сентября 2002 г.). «Система GAL4 у дрозофилы: швейцарский армейский нож генетика мух» . Бытие . 34 (1–2): 1–15. дои : 10.1002/gen.10150 . ПМИД 12324939 .
- ^ Майкл Фестинг . «Инбридинг и его [ так в оригинале ] эффекты» . Проверено 19 декабря 2013 г.
- ^ «Генетический дрейф: что это такое и его влияние на ваши исследования» (PDF) . Лаборатория Джексона . Проверено 18 ноября 2017 г.
- ^ Майкл Фестинг . «История инбредных штаммов» . Проверено 19 декабря 2013 г.
- ^ Бек, Джон А.; Ллойд, Сара; Хафезпараст, Маджид; Леннон-Пирс, Мойха; Эппиг, Джанан Т.; Фестинг, Майкл Ф.В.; Фишер, Элизабет MC (январь 2000 г.). «Генеалогия инбредных линий мышей» . Природная генетика . 24 (1): 23–25. дои : 10.1038/71641 . ISSN 1546-1718 . ПМИД 10615122 . S2CID 9173641 .
- ^ Jump up to: а б «История инбредных штаммов» . isogenic.info . Проверено 30 ноября 2017 г.
- ^ http://www.informatics.jax.org/downloads/datasets/misc/genealogy/genealogy.pdf
- ^ Кирхмайер С., Нарусе К., Виттбродт Дж., Лусли Ф. (апрель 2015 г.). «Набор геномных и генетических инструментов костистой медаки (Oryzias latipes)» . Генетика . 199 (4): 905–18. дои : 10.1534/genetics.114.173849 . ПМЦ 4391551 . ПМИД 25855651 .
- ^ Шинья М., Сакаи Н. (октябрь 2011 г.). «Поколение высокооднородных штаммов рыбок данио посредством полного спаривания сибс-пар» . Г3 . 1 (5): 377–86. дои : 10.1534/g3.111.000851 . ПМК 3276154 . ПМИД 22384348 .