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近亲繁殖:从冠军马到救生老鼠

人类一直是繁殖动物的米非尼亚,以产生理想的特征。与纯种赛马有很多钱,但研究小鼠有可能拯救生命的新疗法。

的优秀的

赛马弗兰克尔赢得了他参加的所有14场比赛。

赛马的世界是皇家名利的世界之一。纵观历史,这项运动一直受到全世界皇室的欢迎,一匹好马价值与其重量的黄金。弗兰克尔也不例外。弗兰克尔由沙特阿拉伯王子哈立德·阿卜杜拉(Khalid Abdullah)饲养,在他参加赛马的日子里,他是一名不败的冠军,为他的主人赚了近300万英镑。但如果你想购买弗兰克,你必须支付超过30倍的金额。Frankel的实际价值约为100万英镑但为什么会有人花那么多钱呢?因为他的DNA可以帮助马匹赢得未来几代人的比赛。弗兰克尔的赛车生涯在14场不败的比赛后短暂中断,这样他就可以把精力集中在做父亲上。世界各地的马饲养者已经支付了超过10万英镑,让他们的母马(母马)与弗兰克尔交配,希望他们也能生出下一任冠军。

2012年,在约克郡举行的Juddmote国际比赛中,弗兰克尔领先其他选手16米。
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所有纯种马都可以追溯到三种种马:Byerly Turk, Darley阿拉伯和Godolphin阿拉伯。

但这个故事并非始于弗兰克尔。弗兰克尔的家谱就像皇家马的血统,这种血统已经被仔细记录了数百年。他是纯种马的一员,这个家族的历史可以追溯到200多年前在英国繁殖的三只种马(公马)和至少12匹母马(母马)。这三匹原始种马是在1680年到1740年间从中东进口的。他们是拜尔利·特尔克,一匹在匈牙利被一位英国陆军上尉捕获的马,他对这匹马的作战能力印象深刻;Darley Arabian,被安妮女王议会的一名成员购买;还有Godolphin Arabian,这是送给法国国王的不需要的礼物,法国国王落入了英国Godolphin伯爵的手中。这些母马有着不同的背景,主要是英国人。饲养者保留了所有从这些“皇家”祖先繁育的马的书面记录。这个记录一直保持到今天,被称为“一般种马簿”。 Horses can only be claimed to be thoroughbred if they are bred from other horses in The General Stud Book.

弗兰克里的祖先是一个历史例子选择育种。在这种情况下,人类会仔细选择具有特定特征的动物或植物进行交配,希望后代表现出理想的特征。就纯种马而言,历史的原则是“把最好的养到最好的,抱有最好的希望”。对现代的马来说,最好的就是在比赛中获胜的最好的,而今天,父母就是这样被挑选出来的。

18世纪早期一位不知名的艺术家所作的达利阿拉伯画(1700年)。这匹马是纯种马之父之一。
图片信贷:斯托利国家遗产遗产中心,G达利的版权所有托管人

繁殖的亲戚

通过繁殖马更密切相关,您可以增加您获得所需的基因的机会。

弗兰克尔的后代小马不太可能都像弗兰克尔那样成功。虽然用冠军马驹繁育会增加获得冠军马驹的机会,但有些马驹还是会输掉比赛遗传他们不会继承父母成功背后的特质。如果你花了10万英镑买了一个冠军家长,这是一个很大的风险,但有一种方法可以增加你的几率。纯种马都是远亲,但是通过繁育更近的马,你可以增加你得到纯种马的机会基因你想要的。弗兰克尔的父母都是另一匹冠军马“北方舞者”的后代,这匹马在18场比赛中赢得了14场。同样地,弗兰克尔的第一个儿子昆科(Cunco)的父亲是菊花(Chrysanthemum),她是北方舞者的另一个后代,也是弗兰克尔的堂兄。马被描述为天生的当它的父母彼此有血缘关系时。通过与北方舞蹈家后代近亲交配,小马驹更有可能继承北方舞蹈家令人满意的赛跑基因,但这仍不能保证获得冠军。虽然昆科天生就是要成功的,但在他开始的七场比赛中,他只赢了一场。

昆科的家谱,显示出他是北方舞者的近亲繁殖后代。
图片来源:基因组研究有限公司

繁育者可能会将近亲繁殖推向极端。

繁育者可能会将近亲繁殖推向极端。如果像兄弟姐妹这样的一级亲属,则在几代人中繁殖,最终后代将是基因上相同的克隆他们的父母。这些克隆体在一起繁殖时会产生更多的克隆体。繁育者称之为“纯繁育”或“真实繁育”。当你知道自己的后代会和父母一样时,你就不会失去遗传上的幸运了,但这并不是没有后果的。尽管近亲繁殖使预测哪些特征会遗传更容易,但严重近亲繁殖的动物更有可能从它们的父母那里继承消极的基因特征和积极的基因特征。虽然纯种马是近亲繁殖的结果,但实际上它们根本不是纯种马。从基因上讲,它们是相当不同的,因此不能正常繁殖。

严重近亲繁殖的动物更有可能从它们的父母那里遗传负面的基因特征。

由于许多不同的原因,近亲繁殖的原则已应用于许多其他动物。家养的狗品种都是近亲繁殖,所以看起来总是一样的。虽然它们不是克隆体,但可以说它们的繁殖具有某些特性。农场动物也是为了可预测的身体特征而近亲繁殖的,比如肉和奶的产量。然而,有一种动物的繁殖比其他任何动物都更重要:一只名为“C57Black6”的老鼠,简称为C57BL/6。

饲养克隆

Abbie Lathrop是一个在20世纪初的前任老师,决定买一对'令人讨厌的老鼠,一种鼠标,具有奇怪的行为,迅速和不断地旋转圈子。她作为宠物卖掉这些小鼠,然后与另一种称为“花哨的小鼠的鼠标一样,这是为了他们的出现和气质而造成的。Abbie农场的小鼠的集合增长至约11,000只小鼠,她一直仔细记录每只老鼠。科学研究人员然后开始购买她的小鼠用于医学研究。她甚至与科学家合作,研究了小鼠,并在癌症研究杂志中共同撰写自己的科学论文。

几乎人类的每一个基因,在老鼠身上都有一个相同的基因。

但是为什么科学家们想要研究老鼠呢?老鼠与人类非常相似,可以在可控的情况下迅速繁殖,这在其他哺乳动物身上就不那么容易了。几乎人类的每一个基因,在老鼠身上都有一个相同的基因。通过研究老鼠,我们可以了解包括人类在内的哺乳动物的生物学。例如,艾比注意到她农场里的一些老鼠家族发育出了老鼠的乳房癌症这种情况也发生在一些人类家庭中。当她从这些老鼠身上切除卵巢时,就降低了它们患乳腺癌的可能性。后来对人类的研究表明,摘除患乳腺癌风险极高的女性的卵巢也能显著降低她们患乳腺癌的风险。

Clarence Little,A Abbie农场的小组主要和出生的激进学家使用小鼠学习遗传和癌症。在1921年,克拉伦斯在许多世代开始近亲繁殖这些小鼠。如果小鼠的殖民地死了,他会再次开始,如果出生不健康的老鼠,他会从进一步的繁殖中排除它们。他仍然坚持近亲繁殖,直到他得到一个坚固的老鼠,并且可以承受近距离。最终,当他用雄性小鼠52拍摄母老鼠57时,他成功地成功了。由此产生的殖民地,“殖民地6”,产生的鲁棒,纯繁殖小鼠,黑色毛皮。这场殖民地今天持续,在帮助我们理解人类遗传和疾病方面一直非常宝贵。我们现在知道它是C57Black6鼠标。

两个C57Black6鼠标及其遗传相同的后代。
图片来源:基因组研究有限公司

在科学研究中使用动物有严格的控制和规定。

这种C57Black6小鼠的近亲繁殖不仅建立了一组彼此完全相同的小鼠,而且产生了完全相同的后代。这种独特的能力是作为一个基因强壮的克隆繁殖家族,使这些老鼠成为理想的医学研究对象,也是它们至今仍被使用的原因。现在在英国和世界各地,科学研究中使用动物都有严格的控制和规定。这些法律确保动物的福利得到维护,使用的动物数量被保持在最低限度。

医学上的近亲繁殖小鼠

任何特征或疾病通常是不仅仅是一种基因的结果,而且是许多不同的基因以及环境。

威康信托桑格研究所(Wellcome Trust Sanger Institute)使用了C57Black6小鼠,因为它们非常适合研究遗传学。桑格研究所研究支持机构负责人詹姆斯•比塞尔解释说:“要理解任何单一基因对我们的影响都是非常复杂的。”“这是因为任何特征或疾病通常都不是一个基因的结果,而是许多不同的基因和环境的结果。然而,如果你能控制动物的基因和动物生活的环境,然后改变一个基因,那么你就可以开始说,‘啊,那个基因参与了这个。’”它看起来很复杂,但基本上你可以服用两组相同的C57black6小鼠,只需在一个组中取出单个基因来看看效果。如果该组与该基因除去疾病,但另一组没有,您可以开始了解基因的去除如何在这种疾病的进展中发挥作用。“由于其在遗传妆容方面对我们的亲密关系,您可以开始与人类疾病国家交叉相关,”詹姆斯说。这有助于我们了解基因通常是什么以及什么效果突变可能存在于人类的基因中。

C57Black6小鼠已被用于研究的一种疾病是癌症。Sanger Institute的科学家发现,一半称为恶性黑素瘤的皮肤癌的一半患者在癌症中具有相同的突变细胞在一个叫做基因BRAF。这导致了药物的发展,包括vemurafenib,其靶向癌细胞具有这种特异性突变。C57Black6小鼠,其等同物中具有相同的突变BRAF基因被用来了解这种突变是如何导致癌症的,并测试这些新药的有效性和安全性。对于许多恶性黑色素瘤患者来说,他们的预后在这些新药的治疗下得到了显著的改善。

一个38岁的黑色素瘤患者BRAF基因突变。这些照片是(A)在vemurafenib治疗前(B)在vemurafenib治疗15周后拍摄的。
图像信用:美国临床肿瘤学会

自从在老鼠身上发现这种基因以来,科学家们已经发现患有严重肥胖的儿童在人类身上也有类似的突变瘦素基因。

就像C57Black6一样,其他小鼠也是近亲繁殖的,并被用来提高我们对人类遗传学和疾病的理解。1949年,安·英格尔斯(Ann Ingalls)、玛格丽特·迪基(Margaret Dickie)和乔治·斯内尔(George Snell)正在研究一种叫V/Le的近亲繁殖老鼠。他们遇到了一组不同寻常的患有重症的相关老鼠肥胖糖尿病。他们发现他们的肥胖是由于对食物的不正常的强烈欲望。经过多年的研究,他们发现这些老鼠都有相同的a基因突变激素瘦素,它通常控制食欲,告诉身体什么时候吃饱了。在这些小鼠中,瘦素基因不再起作用,因此它们一直处于饥饿状态。自从在老鼠身上发现这种基因以来,科学家们已经发现患有严重肥胖的儿童在人类身上也有类似的突变瘦素基因。给这些儿童瘦素激素已被证明是一种治疗其食欲的有效治疗方法。

两只瘦素基因突变的老鼠,左图中的一只接受了瘦素激素治疗,右图中的另一只没有接受。
图片来源:Murphy等人,1997年;PubMed ID:9391128.;版权所有(1997)美国国家科学院

人类对植物和动物进行选择性育种以获得理想的特性已经有几千年了。这给了我们不同种类的谷物,水果和蔬菜,以及家畜,如用于耕种和比赛的马。小鼠近亲繁殖为科学家研究遗传学在健康和疾病中的作用提供了一个有价值的工具。这种对人类遗传学的更好理解使科学家能够开发出更精确、副作用更少、因此治疗疾病更有效的新疗法。

最后更新于2017-08-23

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