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近亲繁殖:从冠军马到救命老鼠

几千年来,人类一直在饲养动物,以培养出令人满意的特征。对于纯种赛马来说,有很多钱处于危险之中,但对于研究老鼠来说,这是挽救生命的新疗法的可能性。

纯种

赛马弗兰克队赢得了他竞争的所有14场比赛。

赛马世界是皇家名利和财富之一。在整个历史中,这项运动一直受到全球皇室的热门,而且一匹良好的马是价值的金色。弗兰克尔也不例外。由沙特阿拉伯王子,Khalid Abdullah培养,弗兰克尔是一个在赛车日的一个不败的冠军,为他的主人赚了近300万英镑。但如果你想买弗兰克尔,你就得付30多倍的钱。弗兰克尔的实际身价约为1亿英镑但为什么会有人花那么多钱呢?因为他的脱氧核糖核酸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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所有纯种赛马都可以追溯到三种马匹:相表的土耳其人,达尔利阿拉伯和神邦阿拉伯。

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.

弗兰克尔的祖先是一个历史上的例子选择性育种。这是人类仔细选择动物或植物的特殊特征,希望后代将显示所需的特性。在纯种的情况下,历史原则一直是“品种最好的,希望最好”。对于现代马匹,最好的只是赢得比赛的最佳意味着今天,这就是父母被选中的方式。

一幅达利阿拉伯(B.1700)的绘画,是一个未知的十八世纪艺术家。这匹马是纯种赛马的父亲之一。
图片来源:国家赛马和体育艺术遗产中心,G W Darley的版权受托人

繁殖的亲戚

通过饲养更接近的马,你可以增加你得到你想要的基因的机会。

弗兰克尔的后代马驹不太可能就像弗兰克一样成功。虽然如果你从冠军赛车手中繁殖,你会增加有冠军赛车手的机会,但一些马驹可能仍然失去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。马被描述为近交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。如果一级亲属,比如兄弟姐妹,在几代人的时间里一起繁衍,最终,后代的基因将完全相同克隆他们的父母。当繁殖在一起时,这些克隆将生下更多克隆。育种者称这个“纯粹的繁殖”或“繁殖”。当你知道后代就像父母一样,没有遗传彩票失去,但这并非没有其后果。虽然近亲繁殖使得更容易预测通过哪些特征,近亲近歇动物更有可能继承负遗传特征以及父母的积极遗传特征。虽然纯种马是近亲繁殖的结果,但它们实际上并不是非常纯粹的。基因上,它们的合理不同,因此不要繁殖。

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。

出于许多不同的原因,近亲繁殖的原则已应用于许多其他动物。国内狗品种近距离,总是看起来一样。虽然它们不是克隆,但可以说他们可以讨论某些特征。农场动物也具有可预测的物理特性,例如肉类或牛奶生产。然而,有一种动物,繁殖真实比任何其他动物更重要:鼠标为“C57Black6”的名称,或者C57BL / 6短。

繁殖克隆

Abbie Lathrop曾是一名教师,在20世纪初,她决定买一对“华尔兹”老鼠,这种老鼠有一种奇怪的行为,就是不停地快速地转圈。她把这些老鼠当宠物卖,然后又把另一种叫“花式老鼠”的老鼠也卖了,这种老鼠是根据它们的外表和性情来饲养的。艾比农场里收集的老鼠大约有11000只,她对每只老鼠都做了仔细的记录。科学研究人员开始购买她的老鼠用于医学研究。她甚至与科学家一起研究老鼠,并在《癌症研究杂志》(Journal of Cancer Research)等著名期刊上共同撰写了自己的科学论文。

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。通过研究鼠标,我们可以了解更多关于哺乳动物的生物学的更多信息,包括人类。例如,Abbie注意到她农场上的一些小鼠的家庭开发了乳房的鼠标癌症比其他人更多,也发生在一些人类家庭中。当她从这些小鼠中取出卵巢时,它减少了他们发育乳腺癌的可能性。人类的后期研究表明,去除患有乳腺癌风险很高的女性的卵巢也可以显着降低发展疾病的风险。

前陆军少校、计划生育活动家克拉伦斯·利特尔(Clarence Little)用阿比农场的老鼠来研究遗传学和癌症。1921年,克拉伦斯开始让这些老鼠进行几代近亲繁殖。如果这群老鼠死亡,他将重新开始,如果不健康的老鼠出生,他将排除它们继续繁殖。他坚持近亲繁殖,直到他得到一只强壮的老鼠,并能承受近亲繁殖。最后,他成功地使一只母老鼠与一只公老鼠交配。由此产生的“6号种群”,产生了健壮、纯种、长着黑色皮毛的老鼠。这个群体一直延续到今天,在帮助我们理解人类遗传学和疾病方面发挥了宝贵的作用。我们现在知道它是C57Black6鼠标。

两只C57Black6小鼠和它们基因相同的后代。
图片来源:基因组研究有限公司

在科学研究中使用动物的严格控制和规定。

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。

C57Black6小鼠在惠康信任桑格研究所使用,因为它们非常适合研究遗传学。“了解任何单一基因可能对我们所拥有的效果非常复杂,”Sanger Institute的研究支持设施负责人James Bussell解释道。“这是因为任何特征或疾病通常是不仅是一个基因的结果,而且是许多不同的基因以及环境。但是,如果您可以控制动物的遗传和动物生活的环境,然后改变一个单一基因,那么您可以开始说,'啊,那种基因参与其中'。“这看起来可能很复杂,但从本质上来说,你可以拿两组相同的C57Black6小鼠,只移除其中一组的一个基因,看看效果。如果移除基因的一组患了疾病,而另一组没有,你就可以开始理解移除基因在疾病进展中扮演的角色。“由于它在基因组成方面与我们非常接近,你可以开始将其与人类疾病状态交叉关联,”詹姆斯说。这有助于我们理解基因的正常作用和影响突变可能存在于人类的基因中。

C57Black6老鼠被用来研究的一种疾病是癌症。桑格研究所(Sanger Institute)的科学家们发现,患有恶性黑素瘤(malignant melanoma)皮肤癌的患者中,有一半的人在癌症中存在同样的突变细胞在一个叫做BRAF.。这导致了药物的开发,包括vemurafenib,它针对的是具有这种特定突变的癌细胞。有相同突变的C57Black6小鼠BRAF.基因用于了解这种突变如何引起癌症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,由于与这些新药的治疗,他们的预后已显着改善。

一个38岁的男士用黑色素瘤,BRAF基因突变。在vemurafenib治疗前(a)在vemureafenib治疗15周后拍摄(a)的照片。
图片来源:美国临床肿瘤学会

自从对老鼠的发现以来,科学家们已经发现了具有在人类中具有类似突变的严重肥胖的儿童瘦素基因。

就像C57Black6一样,其他小鼠也已经近亲并且正在用于改善我们对人类遗传和疾病的理解。1949年,安格尔斯,玛格丽特迪克西和乔治·斯威尔正在研究一个名为V / Le的近交鼠。他们遇到了一个不寻常的相关小鼠,严重肥胖糖尿病。他们发现他们的肥胖是由于对食物异常高的渴望。经过多年的研究,他们发现这些小鼠均在基因中具有相同的突变激素叫瘦素,通常控制食欲并在胃充满时讲述身体。在这些小鼠中,瘦素基因不再工作,因此它们不断饥饿。自从对老鼠的发现以来,科学家们已经发现了具有在人类中具有类似突变的严重肥胖的儿童瘦素基因。事实证明,给这些孩子注射瘦素激素是一种有效的治疗方法,可以控制他们的食欲。

在瘦素基因中具有突变的两只小鼠,其中一个人已经接受了瘦素激素治疗(左),一个没有(右)。
图像信用:穆斯利等人。1997年;PubMed ID:9391128;版权所有(1997)美国国家科学院

为人类进行了植物和动物的选择性育种已经被人类进行了数千年。这给了我们不同类型的谷物,水果和蔬菜,以及像马匹养殖和赛车的牲畜。小鼠的近亲繁殖提供了一个有价值的工具,使科学家能够研究遗传学在健康和疾病中的作用。更好地了解人类遗传学是使科学家能够开发更精确的新治疗,副作用较少,因此更有效地治疗疾病。

最后更新于2017-08-23

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