提到C57BL/6小鼠,大家都不会陌生,作为一种最常见的近交系小鼠,C57BL/6也是第一个拥有其基因组测序的小鼠。由于上个世纪动物遗传学控制的落后以及历经多年繁育,C57BL/6小鼠形成了两个主要的亚系:C57BL/6J与C57BL/6N。
不同亚系之间的基因型和表型是存在一定程度差异的。选用C57BL/6小鼠作为实验对象时,不仅要了解C57BL/6小鼠特性,对于不同亚系之间的差异也需要知晓,才能根据研究方向选择合适的C57BL/6亚系。
下面这几个问题你知道答案吗?
1. 进行代谢类相关研究,应优先选用哪种C57BL/6亚系?
2. 视网膜病理学研究,应优先选用哪种C57BL/6亚系?
3. C57BL/6为何常用来做基因工程小鼠背景品系?
1. C57BL/6J带有Nnt(烟酰胺核苷酸转氢酶)突变,导致胰岛素分泌及线粒体功能受到抑制,引起葡萄糖耐受受损。进行代谢类研究, 如老龄化研究、DIO模型、糖尿病研究等,会受到影响。此方面研究建议选用C57BL/6N小鼠。
2. C57BL/6N 发生Crb1rd8突变,导致轻度视网膜变性,不建议作为视网膜病理学研究的对照,建议选用C57BL/6J小鼠
3. C57BL/6小鼠在培育之初,由于其高度近交化,加上其繁殖性能较好、体外受精率高等优势,上世纪80年代末,建立的第一个基因敲除鼠,选用的背景鼠为C57BL/6小鼠,之后又有很多科学机构陆续培育出很多“C57BL/6背景的基因工程鼠”。 C57BL/6也是第一个完成基因组测序的小鼠品系。国际敲除小鼠联盟(IKMC)选用C57BL/6N作为标准背景品系,制作2万多个基因敲除鼠,并由国际小鼠表型协会(IMPC)分析其基因功能。
C57BL/6小黑鼠是最常见的实验小鼠之一,已是现在公认的肿瘤学、生理学、免疫学、遗传学等研究中的标准品系。原因是什么呢?这要从C57BL/6小鼠的起源讲起。
C57小鼠起源较早,且优势显著,几十年间被科学家广泛使用。
1921年C.C.Little培育成C57。在C57中将毛色呈黑色的进行固定,培育成C57BL。
1937年Little将维持的C57BL 第六组亚系定名为C57BL/6,将第十组亚系定名为C57BL/10。
1948年Jackson Lab.从Hall引入,形成C57BL/6J。
1951年从Jackson Lab.引到NIH,形成C57BL/6N。
随后的几十年,又有上百个近交系培育出来,但由于C57BL/6小鼠对酒精及麻醉品的偏好,其优先被用于遗传学的研究(1),后来到上世纪80年代末,胚胎干细胞基因重组技术的崛起,使得C57BL/6小鼠的用量突飞猛进,再加上该品系的繁殖性能较好, 体外受精成功率高(相对于其他近交系小鼠)及清晰的遗传背景,使得该品系成为基因组数据库中大规模生物资源的基础。
C57BL/6小鼠广泛使用的结果之一就是在世界范围内形成很多亚系。尽管都称为C57BL/6, 不同亚系通过C57BL/6之后的系列字母(实验室代码)来区分。例如,国际上主要供应商(Charles River, Taconic, Harlan, Jackson Labs)的主要命名分别为C57BL/6NCrl, C57BL/6NTac, C57BL/6NHsd 和 C57BL/6J. 在Crl, Tac和Hsd亚系中,“N”代表他们的动物来源于美国国立卫生研究院(NIH)。对于研究者来说,要非常注重亚系的命名,因为独立繁育的动物群体会随着时间的推移而发生遗传漂变。这些漂变可能会影响到表型的差异(4,5,6,7,8)。
上世纪80年代末期,ES基因打靶技术崛起,由Martin Evans, Mario Capecchi and Oliver Smithies领导的工作组建立了第一个基因敲除鼠,选用的背景鼠是C57BL/6小鼠;上世纪90年代中期,很多科学机构又培育出很多“C57BL/6背景的基因工程鼠”,为C57BL/6小鼠作为生物资源的遗传起源奠定了基础。
1999年,人类基因组项目启动,小鼠的基因组测序也是当时该项目的重要部分。由于C57BL/6小鼠在基因工程模型鼠中的广泛应用,最终决定选用C57BL/6小鼠(2),2002年,第一次公开了C57BL/6小鼠的基因组序列(3),并作为现在可用的其他小鼠序列的索引参考。
C57BL/6N作为国际敲除小鼠联盟(IKMC)选用的标准背景品系,有重要参考价值
IMPC(https://www.mousephenotype.org)
小鼠是目前研究中应用最广泛的动物模型。转基因技术的进步以及繁育新技术手段的发展,已经使小鼠成为一个强大的研究系统,通过它可以更好地了解疾病发生和药理干预途径。选择合适的小鼠品系及适合于这些研究的亚系至关重要,因为它可能会影响在特定模型中观察到的表型。因此, 研究者必须要了解某特定亚系对研究带来的潜在影响。
选择C57BL/6作为实验对象时,除了要了解C57BL/6的特点外,还需了解不同的亚系之间的差异,结合研究的方向和目的来确定选择何种亚系。
虽然现在不清楚不同亚系间所有SNP的差异是否都与表型或者行为学差异有关,但现已明确几个亚系间某些基因的突变与表型相关。很多C57BL/6J亚系都携带Nnt基因(烟酰胺核苷酸转氢酶)的突变,而C57BL/6N亚系都是野生型的,不携带该突变(7,9)。到目前为止,C57BL/6JOlaHsd是唯一一个携带突触蛋白(snca)基因的亚系(10)。C57BL/6N亚系携带视网膜退化8基因的突变(Crb1rd8)(11)。这些品系都与表型相关,有可能会影响特定的实验研究,研究者需要事先清楚这一点。
基因 |
C57BL/6N,C57BL/6J(C57BL/6JNifdc) |
对实验的影响 |
NntC57BL/6J |
未发生突变 缺失7-11内含子,导致Nnt蛋白无法表达 |
Nnt的缺失,导致胰岛素分泌及线粒体功能受到抑制,引起葡萄糖耐受受损。进行代谢类研究, 如老龄化研究、DIO模型、糖尿病研究等,会受到影响。此方面研究建议选用C57BL/6N小鼠。 |
Nlrp12C57BL/6J |
未发生突变 发生突变 |
这种基因缺陷会降低趋化因子的产生、免疫细胞的浸润和病原体的清除,影响先天性免疫应答反应。可能不适合用于研究中性粒细胞对免疫系统病原体或功能的反应。此方面研究建议选用C57BL/6N小鼠。 |
Crb1rd8 |
发生突变 未发生突变 |
这种突变导致轻度视网膜变性,不建议作为视网膜病理学研究的对照,建议选用C57BL/6J小鼠。 |
Cyfip2M1N |
发生突变 未发生突变 |
该突变会降低动物对可卡因的应激反应。 |
Nnt
Nnt是线粒体中烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(NADP)及其还原型NADP (NADPH)的酶活性来源。Nnt突变使得线粒体内膜蛋白的表达受到影响,该内膜蛋白能调节NADP/NADPH和NAD/NADH之间氧化还原状态。Nnt的功能与碳水化合物代谢、胰岛素分泌和抗氧化应激有关。因此,B6J小鼠的胰岛素分泌和线粒体功能受到抑制(9,16)。
B6J和B6N小鼠在胰岛素分泌上表现出明显的差异,通过口服葡萄糖耐量测试的反应来测量。具体来说,B6N小鼠对静脉注射葡萄糖的胰岛素反应明显增强,而B6J小鼠的这种反应却明显减弱,这可能是由于Nnt突变所致。在饮食诱导的肥胖中,与B6J小鼠相比,B6N小鼠在高脂肪饮食中体重增加更大,这种体重增加归因于脂肪量的增加导致肥胖B6N小鼠的胰岛素抵抗更强。
下面是C57BL/6J与C57BL/6N小鼠在DIO模型中的差异:诱导相同时间,6N的体重明显高于6J亚系。
Nlrp12
另一个常见的突变也涉及所有B6J亚系:Nlrp12 (NLR家族,包含12个pyrin结构域)基因的突变:Nlrp12C57BL/6J。这种基因缺陷会降低趋化因子的产生、免疫细胞的浸润和病原体的清除。最近的研究已报导,在氨基酸替代的情况下(精氨酸代替赖氨酸),B6J中性粒细胞对脂多糖或土拉菌感染表现出迟钝的迁移反应。这表明携带Nlrp12C57BL/6J突变的B6J亚型小鼠可能不适合用于研究中性粒细胞对免疫系统病原体或功能的反应(17)。
Crb1rd8
所有的6N亚系,都发生一个与光感受器形态发生相关的基因突变Crb1rd8。这种蛋白质参与光感受器发育和视网膜的维持。这种突变导致轻度视网膜变性,其特征是渐进性和斑片状发育不良,同时保留光感受器功能和结构。具有这种突变的B6N小鼠表现出轻微的视杆细胞及视锥细胞的电生理反应降低,无法作为视网膜病理学的对照,可能会阻碍对眼部和行为研究结果的准确解释(18)。
值得注意的是,不仅是C57BL/6N与C57BL/6J之间存在差异,不同单位提供的C57BL/6N或者是C57BL/6J之间也可能存在差异,不能盲目地认为所有供应商提供的亚系均为一致的,因为独立繁育的动物群体会随着时间的推移而发生遗传突变。这些突变蓄积可能会影响到表型的差异。
作为近交系,C57在繁育的过程中也会面临基因突变蓄积,遗传污染等问题,导致其种群基因纯合度降低。为了确保在研究中的使用的C57BL/6N种群基因纯合度,维通利华遵循国际遗传学标准,定期从Charles River引入核心群,保证其遗传稳定性。
维通利华在2001年、2007年、2014年、2018年分别从Charles River引入核心群。
C57BL/6N遵循国际遗传学标准,定期从Charles River引入核心群,保证其遗传稳定性。
维通利华于2015年4月、2018年6月,两次从国家啮齿类实验动物种子中心引进C57BL/6小鼠(C57BL/6J种群)
2019年2月1日,中检院对多种常用品系命名进行了统一规范,其中C57BL/6小鼠的品系名称更新为C57BL/6JNifdc。为了与引种单位的命名一致,我司将于2020年1月1日起,将C57BL/6Cnc更名为C57BL/6JNifdc, 特此说明。
1. Peirce, J.L. et al. A major influence of sex-specific loci on alcohol preference in C57Bl/6 and DBA/2 inbred mice. Mamm. Genome,9:942-948 (1998).
2. Batty J, et al. An action plan for mouse genomics. Nat. Genet.,21:73-75 (1999).
3. Waterston, R.H. et al. Initial sequencing and comparative analysis of the mouse genome. Nature, 420:520-562 (2002).
4. Bothe, G.W. et al. Genetic and behavioral differences among five inbred mouse strains commonly used in the production of transgenic and knockout mice. Genes Brain Behav., 3:149-157
(2004).
5. Bryant, C.D. et al., Behavioral differences among C57Bl/6 substrains: implications for transgenic and knockout studies. J Neurogenet., 22:315-331 (2008).
6. Mulligan, M.K. et al. Alcohol trait and transcriptional genomic analysis of C57Bl/6 substrains. Genes Brain Behav, 7:677-689(2008).
7. Mekada, K. et al. Genetic differences among C57Bl/6 substrains.Exp. Anim., 58:141-149 (2009)
8. Zurita E. et al. Genetic polymorphisms among C57Bl/6 mouse inbred strains. Transgenic Res., 20(3):481-489 (2011).
9. Freeman, H.C. et al. Deletion of nicotinamide nucleotide transhydrogenase: a new quantitative trait locus accounting for glucose intolerance in C57Bl/6J mice. Diabetes, 55:2153-2156(2006).
10. Specht, C.G., Schoepfer, R. Deletion of the alpha-synuclein locus in a subpopulation of C57Bl/6J inbred mice. BMC Neurosci., 2:11(2001)
11. Mattapallil, M.J. et al. The Rd8 mutation of the Crb1 gene is present in vendor lines of C57Bl/6N mice and embryonic stem cells, and confounds ocular induced mutant phenotypes. Invest. Ophthalmol.Vis. Sci., 53(6):2921-2927 (2012).
12. Austin, CP, Batty, J. et al. The Knockout Mouse Project. Nat. Genet.,36:921-924 (2004).
13. Auwerx J, Avner P. et al. The European dimension for the mouse genome mutagenesis program. Nat. Genet., 36:925-927 (2004).
14. Collins, F.S., Rossant J. A Mouse for All Reasons. Cell, 128:9-13(2007).
15. Pettitt, S.J., Liang, Q. et al. Agouti C57BL/6N embryonic stem cells for mouse genetic resources. Nat. Methods, 6:493-495 (2009).
16. Ronchi JA, Figueira TR, .et al. A spontaneous mutation in the nicotinamide nucleotide transhydrogenase gene of C57BL/6J mice results in mitochondrial redox abnormalities. Free Radic Biol Med. 2013 Oct;63:446-56.
17. Ulland TK, Jain N, .et al. Nlrp12 mutation causes C57BL/6J strain-specific defect in neutrophil recruitment. Nat Commun. 2016 Oct 25;7:13180.
18. Simon MM, Greenaway S, et al. A comparative phenotypic and genomic analysis of C57BL/6J and C57BL/6N mouse strains. Genome Biol. 2013 Jul 31;14(7):R82.