Введение

Индивиды, почти идентичные по генотипу вследствие длительного инбридинга. Инбридные штаммы (также называемые инбридными линиями или, реже для животных, линейными животными) – это особи конкретного вида, почти идентичные друг другу по генотипу из-за продолжительного инбридинга. Штамм считается инбридированным, когда он прошел как минимум 20 поколений скрещивания брата с сестрой или потомства с родителем, после чего как минимум 98,6% локусов у особи данного штамма будут гомозиготными, и каждую особь можно рассматривать как эффективный клон. Некоторые инбридные штаммы разводились более 150 поколений, что приводит к изогении особей в популяции. Инбридные штаммы животных часто используются в лабораториях для экспериментов, где для воспроизводимости результатов необходимо, чтобы все испытуемые животные были максимально похожими. Однако для некоторых экспериментов может потребоваться генетическое разнообразие в испытуемой популяции. Поэтому также доступны аутбредные штаммы большинства лабораторных животных, где аутбредный штамм – это штамм организма, который по сути является диким типом, с минимальным инбридингом. Некоторые растения, включая генетическую модель Arabidopsis thaliana, естественным образом самоопыляются, что облегчает создание инбридных штаммов в лаборатории (другим растениям, включая важные генетические модели, такие как кукуруза, требуется перенос пыльцы с одного цветка на другой).

В лаборатории .

В исследованиях широко используются инбридные штаммы. Несколько Нобелевских премий были присуждены за работы, которые, вероятно, не могли бы быть выполнены без использования инбридных штаммов. К таким работам относятся исследования Медавара в области иммунной толерантности, разработка моноклональных антител Колером и Милштейном, а также исследования Доэрти и Зинкернагеля, посвященные основному комплексу гистосовместимости (MHC). Это справедливо для инбридных штаммов, поскольку к 20-му поколению они обычно демонстрируют не менее 98,6% генетического сходства. Селекция инбридных штаммов часто направлена на получение определенных фенотипов, представляющих интерес, таких как поведенческие особенности, например, предрасположенность к употреблению алкоголя, или физические характеристики, такие как старение. Также их могут отбирать по признакам, облегчающим их использование в экспериментах, например, по простоте создания трансгенных моделей.

Рекомбинантные инбридные линии

Для анализа связи количественных признаков рекомбинантные линии полезны благодаря своей изогенности, поскольку генетическое сходство особей позволяет повторить анализ количественного признака (локуса). Повторение повышает точность результатов эксперимента по картированию генов и необходимо для признаков, таких как старение, где даже незначительные изменения в окружающей среде могут влиять на продолжительность жизни организма, вызывая вариации в результатах.

Коизогенный штамм

Один тип инбридного штамма, который либо был изменен, либо спонтанно мутировал таким образом, что отличается в одном локусе. Такие штаммы полезны при анализе дисперсии внутри инбридного штамма или между инбридными штаммами, поскольку любые различия будут обусловлены единственным генетическим изменением или различием в условиях окружающей среды между двумя особями одного и того же штамма. Gal4/UAS – это драйверная система, в которой Gal4 может экспрессироваться в определенных тканях при определенных условиях, определяемых его положением в геноме дрозофилы. При экспрессии Gal4 усиливает экспрессию генов, содержащих UAS-последовательность, специфичную для Gal4, которые обычно не встречаются у дрозофилы. Это позволяет исследователю изучать экспрессию трансгенного гена в различных тканях, скрещивая желаемую линию UAS с линией Gal4, обладающей необходимой моделью экспрессии. Неизвестные модели экспрессии также можно определить, используя зеленый флуоресцентный белок (GFP) в качестве белка, экспрессируемого UAS. Дрозофила обладает тысячами линий Gal4 с уникальными и специфическими моделями экспрессии, что позволяет исследовать большинство моделей экспрессии в организме. Инбридные штаммы, будучи небольшими популяциями гомозиготных особей, подвержены фиксации новых мутаций в результате генетического дрейфа. Лаборатория Джексона, в ходе информационной сессии о генетическом дрейфе у мышей, провела быструю оценку скорости мутаций на основе наблюдаемых признаков, получив 1 фенотипическую мутацию каждые 1,8 поколения. Однако они предупреждают, что это, вероятно, заниженная оценка, поскольку использованные данные относились к видимым фенотипическим изменениям, а не к изменениям фенотипа внутри мышиных штаммов. Они также отмечают, что статистически каждые 69 поколений фиксируется мутация в кодирующей последовательности, что приводит к созданию нового подштамма. Необходимо соблюдать осторожность при сравнении результатов, чтобы не сравнивать два подштамма, поскольку они могут значительно различаться.

Крысы и мыши

Период перед Первой мировой войной привел к началу инбридинга у крыс доктором Хелен Кинг примерно в 1909 году и у мышей доктором C. C. Little в 1909 году. Последний проект привел к разработке штамма мышей DBA, который сейчас широко распространен в виде двух основных подштаммов DBA/1 и DBA/2, разделенных в 1929–1930 годах. Мыши DBA были почти утрачены в 1918 году, когда основные популяции были уничтожены мышиным паратифом, и уцелело всего три мыши без родословной. Вскоре после Первой мировой войны доктор L. C. Strong начал инбридинг мышей в гораздо большем масштабе, что привело, в частности, к разработке штаммов C3H и CBA, а доктор C. C. Little – к семейству штаммов C57 (C57BL, C57BR и C57L). Многие из наиболее популярных штаммов мышей были разработаны в течение следующего десятилетия, и некоторые из них тесно связаны между собой. Данные об однородности митохондриальной ДНК позволяют предположить, что большинство распространенных инбридных штаммов мышей, вероятно, произошли от одной самки примерно 150–200 лет назад. Многие из наиболее широко используемых инбридных штаммов крыс также были разработаны в этот период, в том числе несколькими штаммами Кертисом и Даннингом в Институте исследований рака Колумбийского университета. Штаммы, появившиеся в это время, включают F344, M520 и Z61, а позже ACI, ACH, A7322 и COP. Классическая работа Трайона по селекции крыс, хорошо и плохо ориентирующихся в лабиринте, привела к разработке инбридных штаммов TMB и TMD, а затем к широкому использованию инбридных крыс экспериментальными психологами.

Крысы

Вистар как общее название для инбредных линий, таких как Wistar Kyoto, выведенных из аутбредных линий Вистар. База данных генома крыс содержит актуальный список инбредных линий крыс и их характеристики.

Мыши

Многочисленные инбридные линии мышей были тщательно картированы. Генеалогическое древо, основанное на этих родственных связях, активно поддерживается Лабораторией Джексона и доступно на их сайте.

Морские свинки

Г. М. Роммель впервые начал проводить эксперименты по инбридингу на морских свинках в 1906 году. Линии 2 и 13 морских свинок были получены в результате этих экспериментов и используются до сих пор. Сеуолл Райт продолжил эксперимент в 1915 году. Перед ним стояла задача проанализировать все накопленные данные, полученные Роммелем. Райт серьезно заинтересовался созданием общей математической теории инбридинга. К 1920 году Райт разработал свой метод путевых коэффициентов, который затем использовал для разработки своей математической теории инбридинга. В 1922 году Райт ввел коэффициент инбридинга F как меру корреляции между объединяющимися гаметами, и большая часть последующей теории инбридинга была разработана на основе его работ. Определение коэффициента инбридинга, которое сейчас наиболее широко используется, математически эквивалентно определению, предложенному Райтом.

Рыба-зебра

Хотя в зебрафиш есть множество интересных особенностей для изучения, включая их способность к регенерации, существует относительно небольшое количество инбредных линий, возможно, из-за того, что они более подвержены негативным последствиям инбридинговой депрессии, чем мыши или рыбки медака. Однако, неясно, можно ли преодолеть эти последствия инбридинга для создания изогенной линии для лабораторных исследований.