实验室小鼠遗传漂变对研究结果的影响

在饲养小鼠的过程中，我们常常
会遇到以下场景：
1、鼠群中的小鼠通常有黑色的被毛，但是在最后一窝中，有只小鼠的被毛上却有一个小白点。虽然不打算用它开展繁育或实验，但还是觉得这种情况有点奇怪 
2、我的鼠群中没有足够多的对照小鼠，所以只能从另一个实验室铁子那里拿到一些同品系小鼠 
3、接手了2年前离开实验室的博士后的一个基因敲除小鼠种群
 
如果以上描述你有一条“中招”，那么就要警惕起来，说明你的实验可能会受到遗传漂变的影响！
  
   
遗传漂变是指基因组DNA的自发变化，可能在小鼠繁育的任何世代出现。漂变以DNA复制或修复错误的形式出现，这些错误会在生殖细胞中传递。
 
遗传漂变可能以微小的、看似微不足道的方式发生；也可以突然产生显著变化并造成巨大的影响。
  
遗传漂变发生时，品系的表型和实验结果可能都会发生改变。遗传漂变的发生不易感知，大多数时候，我们都忽视了它的存在。
 
有时您知道发生了遗传漂变，而大多数时候，您并不知道。
 
    
遗传漂变的是否具有危害性，取决于需要问询的对象，但毫无疑问的是，大多数研究人员都不希望他们的小鼠基因组发生遗传漂变。
 
带有小白点的黑色小鼠（示例1）就是一个简单的视觉提示，表明鼠群中发生了遗传漂变。
  
有些人可能认为这种被毛变化不是什么大事，但是，一些被毛突变其实会产生其他表型后果，例如免疫力或生育力变化（图1），这对我们的实验有着很大的影响。 图 1：这些Kit突变在20世纪30年代和40年代，在不同的繁育鼠群中自发出现。除色素形成方面的可见缺陷外，Kit基因的突变会导致免疫力和生育力缺陷。
 
另外，如果发生的遗传漂变没有引起明显的表型怎么办？
 
一个真实的案例：
    
   
通过遗传漂变，小鼠基因组在20个连续近交世代中积累了足够大的变化，可以视彼此为亚系。20个近交世代可以在大约五年的时间内发生，就实验可重复性而言，这样的速度很快。没有人愿意面对这样的情况：在上一个资助周期中有效的结果现在却可能由于遗传漂变而无效。
 
那些与同事共用小鼠的研究人员（示例2），需要意识到小鼠的来源很重要。
 
如果两位研究人员分别从JAX购买FVB小鼠和从其他供应商处购买FVB小鼠，那么这些FVB小鼠属于不同的亚系，并且预计其基因组会存在很大的差异。
 
即使两位研究人员都是利用JAX的小鼠开始构建FVB鼠群，但两人的鼠群事实上一直保持着彼此隔离的状态，经过多年独立繁育的累积遗传差异相加，可能会得到不同的亚系，实验结果也许就不一样了（图2）。 图2：在20代连续近亲交配后，形成小鼠亚系。虽然这些实验室各自的繁育世代都没有超过20代，但实验室A与实验室B的小鼠之间相隔20代，可能得出不同的实验结果。
 
    
遗传漂变无法防止吗？也并不是如此。一些科学发现表明实验并非必然会受遗传漂变的影响，只要主动采取一些针对遗传漂变的措施即可。
 
完全防止漂变的唯一办法是停止繁育小鼠（如果想要继续使用小鼠作为模式生物，那么这种方法并不适用）。
 
为长期维持和保险起见，可以考虑冷冻保存小鼠。
万一发生漂变，就可以利用冷冻库复苏该品系和原来的表型。
 
另一种方法是：
通过回交到合适的近交系或混合遗传背景，“更新”品系的遗传背景。在基因敲除繁育鼠群中（示例3），如果每5-10个繁育世代更新一次品系的遗传背景，将会降低遗传漂变积累的风险。
 
当然，只有在追踪谱系信息和已发生的近交世代数时，才能知道何时需要更新。为了确保更新时涵盖性染色体，可以尝试以下回交方法（图3）： 图3：为确保性染色体适当回交或更新以最大程度减少遗传漂变：
▲1 利用“已漂变”鼠群中的纯合雌性小鼠（蓝色XX染色体）与来自值得信赖的供应商提供的近交系雄性小鼠（红色XY染色体）进行繁育，产生杂合幼仔 （N1）。
▲2 在下一代，利用N1杂合雄性小鼠（蓝色X，红色Y）与来自值得信赖的供应商提供的近交系雌性小鼠（红色XX）交配，产生N2回交小鼠。
▲3 重复步骤2：利用N2杂合雄性小鼠（现在携带红色XY）与近交系雌性小鼠（红色XX）交配，产生N3回交小鼠。
▲4 最后，将雌性与雄性N3杂合小鼠（现在所有性染色体均呈红色，并“经过更新”）交配，重新获得纯合小鼠（未显示）。
 
    
值得注意的是，只有使用由值得信赖的供应商提供的近交系小鼠品系时，更新才能够提供帮助，该供应商会采用鼠群管理策略减少遗传漂变对其鼠群的影响（例如我们的遗传稳定项目）。
 
正确更新和回交品系需要一段时间，但是通过确保鼠群基因组稳定并且随时间推移获得可重复的实验结果，将在竞争中居于领先地位。
 
最后，太多的科学出版物缺少有关如何设计、实施和分析研究的关键信息。当发表研究成果时，请务必使用正确的品系命名并加入有关繁育策略的详细描述。
 
我们无法防止遗传漂变的发生，但是通过加入详细信息（例如亚系和鼠群管理策略）可以造福整个科研界，提高研究的可重复性。