Инбредные штаммы (также называемые инбредными линиями или редко для животных линейными животными ) — это особи определенного вида , которые почти идентичны друг другу по генотипу из-за длительного инбридинга . Штамм является инбредным, когда он претерпел не менее 20 поколений спаривания брата x сестры или потомка x родителя, после чего не менее 98,6% локусов у особи штамма будут гомозиготными , и каждую особь можно эффективно рассматривать как клоны . Некоторые инбредные штаммы разводили более 150 поколений, в результате чего особи в популяции остаются изогенными по своей природе. [1] Инбредные штаммы животных часто используются в лабораториях для экспериментов, где для воспроизводимости выводов все подопытные животные должны быть максимально похожи. Однако для некоторых экспериментов может быть желательным генетическое разнообразие в подопытной популяции. Таким образом, также доступны аутбредные штаммы большинства лабораторных животных, где аутбредный штамм – это штамм организма, который по своей природе является фактически диким типом , где инбридинг минимален. [2]
Некоторые растения, включая генетический модельный организм Arabidopsis thaliana, естественным образом самоопыляются , что позволяет довольно легко создавать инбридинговые штаммы в лабораторных условиях (другие растения, включая важные генетические модели, такие как кукуруза, требуют переноса пыльцы с одного цветка на другой). [3] [4]
Инбредные штаммы широко использовались в исследованиях. Несколько Нобелевских премий были присуждены за работу, которая, вероятно, не могла бы быть выполнена без инбредных штаммов. Эта работа включает в себя исследование иммунной толерантности Медавара, разработку моноклональных антител Колером и Мильштейном , а также исследования главного комплекса гистосовместимости (ГКГ) Доэрти и Цинкернагеля . [1]
Изогенные организмы имеют идентичные или почти идентичные генотипы . [5] Что справедливо для инбредных штаммов, поскольку они обычно имеют по крайней мере 98,6% сходства к 20-му поколению. [1] Эта чрезвычайно высокая однородность означает, что требуется меньше особей для получения результатов с тем же уровнем статистической значимости при использовании инбредной линии по сравнению с аутбредной линией в одном и том же эксперименте. [6]
Селекция инбредных штаммов часто направлена на определенные фенотипы , представляющие интерес, такие как поведенческие черты, такие как предпочтение алкоголя, или физические черты, такие как старение, или их можно отобрать по чертам, которые облегчают их использование в экспериментах, например, их легко использовать в трансгенных экспериментах. [1] Одной из основных сильных сторон использования инбредных штаммов в качестве модели является то, что штаммы легко доступны для любого исследования, которое вы проводите, и что существуют такие ресурсы, как Jackson Laboratory и FlyBase , где можно искать штаммы с определенными фенотипами или генотипами среди инбредных линий, рекомбинантных линий и коизогенных линий . Эмбрионы линий, которые в настоящее время не представляют интереса, можно заморозить и сохранить до тех пор, пока не возникнет интерес к их уникальным генотипическим или фенотипическим признакам. [7]
Для анализа связи количественных признаков рекомбинантные линии полезны из-за их изогенной природы, поскольку генетическое сходство особей позволяет реплицировать количественный анализ локуса признака. Репликация повышает точность результатов эксперимента по картированию и требуется для таких признаков, как старение, где незначительные изменения в окружающей среде могут влиять на продолжительность жизни организма, что приводит к вариации результатов. [8]
Один тип инбредного штамма, который был изменен или естественным образом мутировал таким образом, что он отличается в одном локусе . [9] Такие штаммы полезны при анализе дисперсии внутри инбредного штамма или между инбредными штаммами, поскольку любые различия будут обусловлены одним генетическим изменением или разницей в условиях окружающей среды между двумя особями одного штамма. [8]
Одним из наиболее специфических применений инбредных штаммов Drosophila является использование линий Gal4/UAS в исследованиях. [10] Gal4/UAS — это система драйверов, в которой Gal4 может быть экспрессирован в определенных тканях при определенных условиях в зависимости от его расположения в геноме Drosophila . Gal4 при экспрессии увеличит экспрессию генов с последовательностью UAS, специфичной для Gal4, которые обычно не встречаются у Drosophila, что означает, что исследователь может проверить экспрессию трансгенного гена в различных тканях, скрещивая желаемую линию UAS с линией Gal4 с предполагаемым паттерном экспрессии. Неизвестные паттерны экспрессии также можно определить, используя зеленый флуоресцентный белок (GFP) в качестве белка, экспрессируемого UAS. В частности, Drosophila имеет тысячи линий Gal4 с уникальными и специфическими паттернами экспрессии, что позволяет проверить большинство паттернов экспрессии в организме. [10]
Инбридинг животных иногда приводит к генетическому дрейфу . Постоянное наложение схожих генетических данных выявляет рецессивные генные паттерны, которые часто приводят к изменениям в репродуктивной способности, приспособленности и способности к выживанию. Уменьшение этих областей известно как инбридинговая депрессия . Гибрид между двумя инбридинговыми штаммами может быть использован для отмены вредных рецессивных генов, что приводит к увеличению указанных областей. Это известно как гетерозис . [11]
Инбредные штаммы, поскольку они представляют собой небольшие популяции гомозиготных особей, восприимчивы к фиксации новых мутаций через генетический дрейф. Лаборатория Джексона на информационной сессии о генетическом дрейфе у мышей рассчитала быструю оценку скорости мутации на основе наблюдаемых признаков, которая составляет 1 фенотипическую мутацию каждые 1,8 поколения, хотя они предупреждают, что это, вероятно, заниженная оценка, поскольку данные, которые они использовали, были для видимых фенотипических изменений, а не изменений фенотипа внутри штаммов мышей. Они также добавляют, что статистически каждые 6-9 поколений мутация в кодирующей последовательности фиксируется, что приводит к созданию нового субштамма. При сравнении результатов следует проявлять осторожность, чтобы не сравнивать два субштамма, поскольку субштаммы могут кардинально отличаться. [12]
«Период до Первой мировой войны привел к инициированию инбридинга у крыс доктором Хелен Кинг примерно в 1909 году и у мышей доктором CC Little в 1909 году. Последний проект привел к созданию штамма мышей DBA, который теперь широко распространен в виде двух основных подштаммов DBA/1 и DBA/2, которые были разделены в 1929-1930 годах. Мыши DBA были почти потеряны в 1918 году, когда основные популяции были уничтожены мышиным паратифом, и только три беспородных мыши остались в живых. Вскоре после Первой мировой войны инбридинг у мышей был начат в гораздо большем масштабе доктором LC Strong, что привело, в частности, к разработке штаммов C3H и CBA, и доктором CC Little, что привело к появлению семейства штаммов C57 (C57BL, C57BR и C57L). Многие из самых популярных штаммов мышей были разработаны в течение следующего десятилетия, и некоторые из них тесно связаны. Данные из однородность митохондриальной ДНК позволяет 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 были также разработаны в этот период, некоторые из них Кертисом и Даннингом в Институте исследований рака Колумбийского университета. Линии, относящиеся к этому времени, включают F344, M520 и Z61, а позднее ACI, ACH, A7322 и COP. Классическая работа Трайона по отбору крыс , способных к лабиринту, и тупых крыс привела к разработке инбредных линий TMB и TMD, а позднее к повсеместному использованию инбредных крыс экспериментальными психологами». [7]
Многочисленные инбридинговые линии мышей были тщательно картированы. [1] Генеалогическая схема , построенная на этих связях, активно поддерживается лабораторией Джексона [7] и может быть найдена на их веб-сайте. [13]
GM Rommel впервые начал проводить эксперименты по инбридингу на морских свинках в 1906 году. Морские свинки штаммов 2 и 13 были получены в результате этих экспериментов и используются до сих пор. Сьюэлл Райт взял на себя 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 работы. Определение коэффициента инбридинга, которое в настоящее время наиболее широко используется, математически эквивалентно определению Райта. [7]
Японская рыба Medaka имеет высокую толерантность к инбридингу, одна линия была скрещена брат-сестра в течение 100 поколений без признаков инбридинговой депрессии, что обеспечивает готовый инструмент для лабораторных исследований и генетических манипуляций. Ключевые особенности Medaka, которые делают ее ценной в лаборатории, включают прозрачность ранних стадий роста, таких как эмбрион, личинки и молодь, что позволяет наблюдать за развитием органов и систем внутри тела по мере роста организма. Они также включают легкость, с которой химерный организм может быть создан с помощью различных генетических подходов, таких как имплантация клеток в растущий эмбрион, что позволяет изучать химерные и трансгенные штаммы Medaka в лаборатории. [14]
Хотя у данио-рерио есть много особенностей, которые стоит изучить, включая их регенерацию, существует относительно немного инбридинговых линий данио-рерио, возможно, потому, что они испытывают более сильные эффекты инбридинговой депрессии, чем мыши или рыбы оризии, но неясно, можно ли преодолеть эффекты инбридинга, чтобы можно было создать изогенную линию для лабораторного использования. [15]
