Szczep wsobny - Inbred strain
Szczepy wsobne (zwane także liniami wsobnymi lub rzadko w przypadku zwierząt liniowych ) to osobniki określonego gatunku, które są prawie identyczne pod względem genotypu z powodu długiego chowu wsobnego . Szczep jest wsobny, gdy przeszedł co najmniej 20 pokoleń kojarzenia brat x siostra lub potomstwo x rodzic, w którym to momencie co najmniej 98,6% loci u osobnika szczepu będzie homozygotyczne , a każdy osobnik może być skutecznie traktowany jako klony . Niektóre szczepy wsobne są hodowane od ponad 150 pokoleń, pozostawiając osobniki w populacji o charakterze izogenicznym . Inbredowe szczepy zwierząt są często wykorzystywane w laboratoriach do eksperymentów, w których w celu uzyskania powtarzalności wniosków wszystkie badane zwierzęta powinny być jak najbardziej do siebie podobne. Jednak w przypadku niektórych eksperymentów może być pożądana różnorodność genetyczna w badanej populacji. W ten sposób dostępne są również szczepy niekrewniacze większości zwierząt laboratoryjnych, gdzie szczep niekrewniaczy jest szczepem organizmu, który jest faktycznie w naturze typu dzikiego , gdzie występuje jak najmniej chowu wsobnego.
Niektóre rośliny, w tym modelowy organizm genetyczny Arabidopsis thaliana, naturalnie samozapylają się , co sprawia, że tworzenie szczepów wsobnych w laboratorium jest dość łatwe (inne rośliny, w tym ważne modele genetyczne, takie jak kukurydza, wymagają przenoszenia pyłku z jednego kwiatu na drugi).
W laboratorium
Odmiany wsobne są szeroko stosowane w badaniach. Kilka Nagród Nobla zostało przyznanych za pracę, której prawdopodobnie nie dałoby się wykonać bez szczepów wsobnych. Praca ta obejmuje badania Medawar nad tolerancją immunologiczną , rozwój przeciwciał monoklonalnych Kohlera i Milsteina oraz badania Doherty'ego i Zinkernagela nad głównym układem zgodności tkankowej (MHC).
Organizmy izogeniczne mają identyczne lub prawie identyczne genotypy . co dotyczy szczepów wsobnych, ponieważ zwykle wykazują one co najmniej 98,6% podobieństwa w pokoleniu 20. Ta niezwykle wysoka jednorodność oznacza, że potrzeba mniejszej liczby osobników do uzyskania wyników o tym samym poziomie istotności statystycznej, gdy używana jest linia wsobna w porównaniu z szczepami wsobnymi. niekrewniacza linia w tym samym eksperymencie.
Hodowanie szczepów wsobnych jest często ukierunkowane na określone fenotypy będące przedmiotem zainteresowania, takie jak cechy behawioralne, takie jak preferencje dotyczące alkoholu lub cechy fizyczne, takie jak starzenie się, lub można je wybrać pod kątem cech, które ułatwiają ich wykorzystanie w eksperymentach, takich jak łatwość użycia w eksperymentach transgenicznych . Jedną z kluczowych zalet wykorzystania szczepów wsobnych jako modelu jest to, że szczepy są łatwo dostępne dla każdego prowadzonego badania oraz że istnieją zasoby, takie jak Jackson Laboratory i Flybase , gdzie można wyszukać szczepy o określonych fenotypach lub genotypach z wśród linii wsobnych, linii rekombinowanych i szczepów koizogenicznych . Zarodki linii, które obecnie nie są przedmiotem zainteresowania, można zamrozić i zakonserwować do momentu zainteresowania ich unikalnymi cechami genotypowymi lub fenotypowymi.
Rekombinowane linie wsobne
Do analizy wiązania z cech ilościowych , zrekombinowane linie są użyteczne ze względu na ich charakter izogenicznych, ponieważ podobieństwa genetycznego osobników umożliwia replikację qtl analizy. Replikacja zwiększa precyzję wyników z eksperymentu mapowania i jest wymagana w przypadku takich cech, jak starzenie się, gdzie drobne zmiany w środowisku mogą wpłynąć na długowieczność organizmu, prowadząc do zmienności wyników.
Szczep kozogenny
Jeden rodzaj szczepu wsobnego, który został zmieniony lub naturalnie zmutowany tak, że różni się w jednym miejscu . Takie szczepy są przydatne w analizie wariancji w obrębie szczepu wsobnego lub między szczepami wsobnymi, ponieważ wszelkie różnice wynikałyby z pojedynczej zmiany genetycznej lub z różnicy warunków środowiskowych między dwoma osobnikami tego samego szczepu,
Linie Gal4
Jednym z bardziej specyficznych zastosowań szczepów wsobnych Drosophila jest wykorzystanie w badaniach linii Gal4/UAS . Gal4/UAS to system napędowy, w którym Gal4 może być wyrażany w określonych tkankach w określonych warunkach w oparciu o jego lokalizację w genomie Drosophila . Gal4 po ekspresji zwiększy ekspresję genów z sekwencją UAS specyficzną dla Gal4, które normalnie nie występują u Drosophila, co oznacza, że badacz może przetestować ekspresję genu transgenicznego w różnych tkankach poprzez hodowanie pożądanej linii UAS z linią Gal4 z zamierzonym wzorcem wyrażenia. Nieznane wzorce ekspresji można również określić przy użyciu zielonego białka fluorescencyjnego (GFP) jako białka wyrażanego przez UAS. W szczególności Drosophila ma tysiące linii Gal4 z unikalnymi i specyficznymi wzorcami ekspresji, co umożliwia testowanie większości wzorców ekspresji w organizmie.
Efekty
Chów wsobny prowadzi czasami do dryfu genetycznego . Ciągłe nakładanie się podobnych genetyki ujawnia recesywne wzorce genów, które często prowadzą do zmian w wydajności reprodukcji, sprawności i zdolności do przetrwania. Zmniejszenie tych obszarów jest znane jako depresja inbredowa . Hybryda między dwoma wsobnymi szczepami może być wykorzystana do usunięcia szkodliwych genów recesywnych, co skutkuje wzrostem wspomnianych obszarów. Nazywa się to heterozją .
Szczepy wsobne, ponieważ są małymi populacjami osobników homozygotycznych, są podatne na utrwalanie nowych mutacji poprzez dryf genetyczny. Jackson Laboratory podczas sesji informacyjnej na temat dryfu genetycznego u myszy obliczyło szybkie oszacowanie tempa mutacji na podstawie zaobserwowanych cech na 1 mutację fenotypową co 1,8 pokolenia, chociaż ostrzegają, że jest to prawdopodobnie niedostateczna reprezentacja, ponieważ dane, których użyli dotyczyło widocznych zmian fenotypowych, a nie zmian fenotypowych wewnątrz szczepów myszy. dodają ponadto, że statystycznie co 6-9 pokoleń mutacja w sekwencji kodującej jest ustalana, co prowadzi do powstania nowego podszczepu. Podczas porównywania wyników należy zachować ostrożność, aby nie porównywać dwóch pododmian, ponieważ pododmiany mogą się drastycznie różnić
Wybitne gatunki
Szczury i myszy
„Okres przed I wojną światową doprowadził do rozpoczęcia chowu wsobnego u szczurów przez dr Helen King około 1909 r. i u myszy przez dr CC Little w 1909 r. Ten ostatni projekt doprowadził do opracowania szczepu myszy DBA, obecnie szeroko rozpowszechnionego jako dwa główne podszczepy DBA/1 i DBA/2, które zostały rozdzielone w latach 1929-1930. Myszy DBA prawie wyginęły w 1918 roku, kiedy główne stada zostały zniszczone przez mysi paratyfus i tylko trzy myszy bez rodowodów pozostały przy życiu Wkrótce po I wojnie światowej chów wsobny u myszy rozpoczął na znacznie większą skalę dr LC Strong, co doprowadziło w szczególności do powstania szczepów C3H i CBA, oraz dr CC Little, co doprowadziło do powstania rodziny szczepów C57 (C57BL, C57BR i C57L).Wiele najpopularniejszych szczepów myszy zostało opracowanych w ciągu następnej dekady, a niektóre są blisko spokrewnione.Dowody z jednorodności mitochondrialnego DNA sugerują, że większość popularnych szczepów myszy wsobnych pochodziła prawdopodobnie od jednej samicy hodowlanej około 150-200 lat temu."
„Wiele z najczęściej używanych szczepów wsobnych szczurów zostało również opracowanych w tym okresie, kilka z nich przez Curtisa i Dunninga w Columbia University Institute for Cancer Research. Szczepy datowane na ten czas to F344, M520 i Z61, a później ACI, ACH, A7322 i COP. Klasyczna praca Tryona na temat selekcji szczurów o jasnym labiryncie i tępych, doprowadziła do rozwoju szczepów wsobnych TMB i TMD, a później do powszechnego wykorzystywania szczurów wsobnych przez eksperymentalnych psychologów.
Szczury
- Wistar jako nazwa rodzajowa dla szczepów wsobnych, takich jak Wistar-Kyoto, wywodzi się z szczepów niekrewniaczych Wistar.
- Baza danych szczurzych genomów [1] zawiera najbardziej aktualną listę linii wsobnych szczurów i ich charakterystyk.
Myszy
Genealogiczne wykres z myszy wsobnych szczepów można znaleźć tutaj na stronie Jackson Laboratory i jest obecnie prowadzona przez laboratorium.
świnki morskie
GM Rommel po raz pierwszy zaczął przeprowadzać eksperymenty inbredu na świnkach morskich w 1906 roku. Szczep 2 i 13 świnek morskich zostały wyprowadzone z tych eksperymentów i są nadal w użyciu. Sewall Wright przejął eksperyment w 1915 roku. Stał przed zadaniem przeanalizowania wszystkich danych zgromadzonych przez Rommla. Wright poważnie zainteresował się skonstruowaniem ogólnej matematycznej teorii inbredu. W 1920 Wright opracował swoją metodę współczynników ścieżki, którą następnie wykorzystał do opracowania matematycznej teorii inbredu. Wright wprowadził współczynnik inbredu F jako korelację między łączącymi się gametami w 1922 roku, a większość późniejszej teorii inbredu została rozwinięta na podstawie jego pracy. Najszerzej obecnie stosowana definicja współczynnika inbredu jest matematycznie równoważna definicji Wrighta.
Medaka
Japońska ryba Medaka ma wysoką tolerancję na chów wsobny, jedna linia była hodowana aż przez 100 pokoleń bez oznak depresji inbredowej, zapewniając gotowe narzędzie do badań laboratoryjnych i manipulacji genetycznych. Kluczowe cechy Medaki, które czynią ją cenną w laboratorium, to przezroczystość wczesnych stadiów wzrostu, takich jak zarodek, larwy i osobniki młodociane, pozwalająca na obserwację rozwoju narządów i układów w organizmie podczas wzrostu organizmu. Obejmują one również łatwość, z jaką można stworzyć organizm chimeryczny za pomocą różnych metod genetycznych, takich jak implantacja komórek do rosnącego zarodka, co pozwala na badanie chimerycznych i transgenicznych szczepów medaka w laboratorium.
Danio pręgowany
Chociaż istnieje wiele cech danio pręgowanego, które warto zbadać, w tym ich regenerację, istnieje stosunkowo niewiele szczepów wsobnych danio pręgowanego, prawdopodobnie dlatego, że doświadczają one większych skutków depresji inbredowej niż myszy lub ryby Medaka, ale nie jest jasne, czy skutki chowu wsobnego mogą być przezwyciężyć, aby można było stworzyć izogeniczny szczep do użytku laboratoryjnego