實驗動物的遺傳背景與反應特性是影響實驗結果的重要因素，不同遺傳背景與反應特性的實驗動物，對同一刺激有時可引出不同質和量的差異反應。在生物醫學研究領域，動物實驗是一個常用的基本手段，要求實驗結果準確、可靠、有規律、重複性好，從而得出正確結論。要達到這個目的，就要求實驗動物有一致的反應性，必須對實驗動物進行遺傳控製，尋求群體在遺傳上的穩定性，以求獲得較好的實驗再現性和群體代表性。
第一節 實驗動物遺傳學分類
常用哺乳類實驗用動物的分類都離不開傳統的生物學分類法則。每一種實驗動物都可以在傳統分類法中找到自己的位置。以大家鼠為例，它屬於：脊椎動物門→哺乳動物綱→齧齒目→鼠科→大家鼠屬→大家鼠種。
一、實驗動物的種、品種和品係的概念
在動物分類學中，種（species）是分類的基本單位。而實驗動物學中把同一種動物中具有不同遺傳特性的動物分成不同的品種（stock）和品係（strain）。
1.種 是生物學分類的最基本單位，有生殖隔離的動物則是異種動物。
2.品種是種以下的進一步分類。品種一般係指具有一些容易識別和人們所需要的性狀，而且可以基本穩定遺傳的動物群體，如青紫藍兔、Wistar大鼠、KM小鼠等。
3.品係在實驗動物學中把基因高度純合的動物稱為品係動物。如C57BL/6是近交係動物中的一個品係，屬低癌、高補體活性的動物。
在實驗動物學中，品種、品係的概念超出了一般動物學分類的概念，習慣上把近交係動物稱為品係，封閉群動物稱為品種。因此，品種和品係才是實驗動物分類的基本單位。實驗動物品種、品係是經人工培育、繁殖和遺傳限定，並且用於生物醫學各項實驗研究的動物，在同一物種中不同的品種和品係並不存在種間生殖隔離的天然屏障。
二、作為實驗動物品種、品係的條件
作為實驗動物的一個品種、品係應具備以下4個條件。
1.相似的外貌特征同一品種或品係具有相同的外貌特征，如毛色、體形大小等。但不同品種、品係的動物也有外貌相似的。
2.獨特的生物學特性獨特的生物學特性是一個品種、品係存在的基礎。就白化小鼠而言多達幾十個品係，但每個品係的生物學特性都有或多或少的差別。例如，C3H/He係經產鼠中高發乳腺腫瘤（80%），A係老年鼠多有腎髒病變，AKR係鼠自發淋巴細胞白血病（60%～90%），SHR大鼠為自發性高血壓大鼠等。
3.穩定的遺傳性能作為一個品種、品係，不僅要有相似的外貌特征，獨特的生物學特性，更重要的是要有穩定的遺傳性能，即在品種、品係自群繁殖時，能將其特性穩定地傳給後代。換言之，就是一個品種、品係必須具有一定的育種價值。如果其生物學特性不能穩定地一代一代遺傳下去，致使在繁殖過程中丟失或改變，就不能稱為一個品種或品係。
4.共同的遺傳來源和一定的遺傳結構任何品種、品係都可追溯到其共同的祖先，並由此分支經選育而成，其遺傳結構也應是獨特的。例如，KM小鼠Glo-1位點為a型基因，為單一型；而NIH小鼠在該基因位點呈多態分布，a、b型基因頻率分別為67%和33%。如果將上述2個品種建立遺傳概貌就發現它們在基因構成上的差異，而品種內這種差異是有限的。
三、實驗動物的遺傳學分類
眾所周知，並不是所有用於科學研究的動物都是實驗動物，隻有那些專門為實驗研究而人工培育和繁殖，對其攜帶微生物和寄生蟲進行控製、遺傳背景明確、來源清楚的動物才稱為實驗動物。因此，從遺傳學角度講，實驗動物是具有明確遺傳背景並受嚴格遺傳控製的遺傳限定性動物。
根據實驗動物的遺傳特點、基因純合程度不同，傳統遺傳學上將實驗動物分為3種：①近交係動物；②封閉群動物；③雜交一代動物（F1代）。
野生動物是未經遺傳學控製而進行自然交配的動物，故不屬於遺傳分類體係。隨著分子生物學技術的發展，利用新技術新方法可以得到一些特殊的動物，如轉基因動物和克隆動物，這些動物在西方發達國家已實現商品化供應，被用於許多科學研究領域。這些動物與上述傳統的動物在生物學特性上可能有所差異，故也未列入上述分類體係，如何歸類還有待於實驗動物工作者進一步探討。每種動物在遺傳學上，生物學特性和醫學研究中的應用上各具特點，下麵加以分別論述。
第二節 近交係動物
一、基本概念
近交係動物：經至少連續20代以上全同胞兄妹交配培育而成，品係內所有個體都可追溯到起源於第20代或以後代數的一對共同祖先，該品係稱為近交係動物。
（一）實驗動物的近交
實驗動物的近交（inbreeding）即近親繁殖，是指血緣關係極為相近的個體之間或遺傳組成極相似的個體之間進行的交配繁殖，屬於基因型分離交配。近交過程中，動物群體基因不斷地分離、純合，一部分變成純合狀態，固定在群體中，另一部分則被淘汰，連續20代全同胞兄妹交配後，近交係動物個體有98.6%的基因位點是純合的，個體間的差異也幾乎為零。近交是培育近交係動物的必須手段，通過近交使一個種群達到接近完全純合程度，即所有同源染色體的相對位置都具有相同等位基因的狀態。因此，通過全同胞兄妹或親子交配可以較快獲得近交品係動物。近交可以降低雜合性，可以將群體分離為不同的品係，然而近交的結果也必將出現近交衰退。
（二）近交後引起的變化
1.近交可以增加純合性，降低雜合性自然界的動植物在遺傳上一般都是雜合體，故最初培育近交係動物都是取源於雜種，動物的遺傳純度取決於交配動物之間遺傳關係的遠近。近交係動物通過長期高度近親交配而建立。通過高度近親交配後，動物的雜合性逐漸降低，遺傳純度逐漸增高，使各基因位點變為純合子，使它們的表現型趨向一致性。
品係純合的程度通常以近交係數（F）表示，所謂近交係數（coefficient of inbreeding）也就是在一個種係的個體中，2個等位基因具有相同來源的概率，通常以0～1之間的尺度來表示。F=0為完全雜合，F=1表示完全純合。F值隨近交繁殖連續的代數而遞增，增加的比率決定於交配方式。根據Felconer（1960年）的研究，認為全同胞兄妹交配，近交前幾代數值不恒定，如前4代近交係數上升率分別為28%、17%、20%和19%，以後每代上升率就恒定為19.1%。故Felconer提出一個便於計算的公式：
Fn=1-（1-△F）n
n表示近交代數，△F是每進一代的近交係數上升率。例如，繁殖了10代，△F為19%，代入公式，則F10=1-（1-0.19）10=1-0.8110=1-0.1216=0.8784=87.84%，表示全同胞兄妹交配到第10代時，基因純合程度可達到87.84%，還有12.16%是雜合的。交配方式不同，其△F也各不相同，同胞兄妹交配△F為19.1%，同父異母交配11.0%，回交（親子交配）19.1%，堂兄妹交配為8%。全同胞兄妹或親子交配前20代的近交係數計算狀況可。
2.近交可將群體分離為不同基因型的品係如A與a基因頻率相同，但基因型分配變化，經過一定代數的全同胞兄妹交配，則不再有雜合子，而獲得遺傳穩定的AA與aa近交品係，全同胞兄妹或親子交配連續20代以上就培育成近交係動物，為了保持該品係的遺傳特點，必須繼續近交，並不得因遺傳突變或遺傳漂移而丟失。
3.近交可引起近交衰退近親交配所產生的後代常常會出現生長、成活、抗疾病、適應環境等能力的減退，這種現象稱之為近交衰退。如何克服和解決這個問題，是培育近交係動物的關鍵所在。由於近交衰退的緣故，培育一個近交係動物時，近交幾代後，有可能因生育或生活力低而斷代；受近交衰退影響較小的後代有些可以維持下來，而另外的也可能最後被淘汰。也由於同樣的原因，過去建立的某些近交係動物，現在隻有某些亞係還仍然存在。
近交衰退發生的原因是多方麵的，從遺傳學的角度解釋主要有兩點。
（1）有害隱性基因的暴露一般病態的基因絕大多數都是隱性的，所以處於雜合狀態時是不表現出病態或不利的性狀。這些有害基因的作用可被顯性的雜合子等位基因所掩蓋，但經過一段近親繁殖，純合的基因（純合子）比例漸漸增多，於是有害的隱性基因相遇成為純合子而顯出作用，出現了不利的性狀，對個體的生長發育、生活和生育等產生明顯的不利影響。例如，雜種動物所帶有的不育的隱性基因往往被其顯性的等位基因所掩蓋，而不表達其不育的性狀，但由於近交，動物的純合性逐漸增高，不育的現象也就表現出來了。
（2）多基因平衡的破壞個體的發育受多個基因共同作用的影響，每個基因的作用效應微小。對環境適應較好的野生或雜交動物，由於自然選擇的作用有利於保存那些適應能力較強的基因組合，具有平衡的多基因係統，近交往往會破壞這個平衡，造成個體發育的不穩定。
近交衰退現象在近交係動物培育過程中的最初若幹世代中最容易表現出來，以後經過一定的人工選擇，帶有純合有害基因的動物被逐漸淘汰，經過5～10代的培育繁殖，後代生育與生活力可以逐漸穩定，不再下降。
二、近交係動物的培育技術
（一）培育目標
培育目標分定向、不定向2種。定向是預先確定好要獲得什麼樣的品係，然後有計劃地進行培育，這種方法能在較短的時間裏獲得優良的品係。定向培育時有以細菌感受性為選育指標，如小鼠對沙門菌的感受性；也有采用遺傳指標，如性成熟、初產日齡、妊娠間隔、產仔數、哺乳量及離乳時體重等。不定向培育是無意識的選擇，預先沒有設定想要培育具有哪些特點的新品係，隻是人們按照近交係動物的培育方法讓它繁殖，自然地把比較有價值的個體留下，去掉價值不大的個體，這樣無意中起了選擇的作用，這種選擇過程是比較緩慢的，待純化後回過頭來做實驗，測定其特性，最後確定其是否有使用價值。
（二）種鼠的選擇
基礎種群的選擇如下。
1.從野生鼠中選擇野生鼠可能具有實驗小鼠所沒有的未知遺傳特性，但野生鼠需要經過一段時間馴化，有時人工繁殖困難，所有這種情況應加以考慮。
2.從雜交群中選擇這種雜交群包括：近交係動物與近交係動物之間；近交係動物與遠交係動物之間；遠交係動物與遠交係動物之間；野生鼠與遠交群之間的各種類型的雜交。有可能通過交配而形成多種基因組合，從中選出具有一定特性的種鼠作為基礎群。
3.引種如果其他實驗室或保種單位有質量較好的基礎種群，也可直接引種，這樣較為簡便易行。但引進時必須了解和掌握必要的資料，如家譜號及其曆史來源、交配方式、近交代數、遺傳組成、生物學特性等。
4.其他利用繁殖過程中，發生遺傳突變的個體進行近交係動物培育。
（三）培育方法
（四）近交係動物培育成功的標誌
近交係動物培育達到20代後，從理論上講98.6%的基因位點都是純合子，如進行品係內個體間異體皮膚移植，應獲得成功（異體皮膚存活大於100天）；通過一係列檢測，各個基因位點都是純合子。然後確定品係的遺傳概貌，給品係進行命名。
三、近交係動物的亞係和支係
1.近交係動物的亞係（substrain）是指一個近交係動物內各個分支的動物之間，已經發現或十分可能存在遺傳差異。
通常下述3種情況會發生亞係分化：①在兄妹交配代數達40代以前形成的分支（即分支發生於F20到F40之間）；②一個分支與其他分支分開繁殖超過100代（同一品係長期處於分離狀態）；③已發現一個分支與其他分支存在遺傳差異。
產生這種差異的原因可能是基因突變、殘留雜合基因或遺傳汙染（一個近交係動物與非本品係的動物雜交引起的遺傳改變）。一般基代遺傳背景越複雜，代數分支的越早，產生亞係的機會就越大。遺傳汙染常使近交係動物遺傳組成發生較大變化，一旦發生遺傳汙染，通常要淘汰整個種群，有時已形成一個新的近交係動物，則應重新命名。
2.近交係動物的支係（subline）由於飼養環境的改變，或對動物進行人為的技術處置，可能對動物某些生物學特征產生影響（這些特征可能是遺傳性的，也可能是非遺傳性的），產生了不同的支係。
具體形成支係的情況有：①引種到另一實驗室；②卵子移植；③奶母代乳；④人工喂養；⑤卵巢移植；⑥人工喂養加奶母代乳；⑦冷凍胚胎。
四、近交係動物的保種繁育
近交係動物的保種繁殖關係到品係生物學特性能否傳代下去。人們飼養多個近交係動物就是為了利用各個品係所固有的生物學特性進行科學研究，如果在飼養過程中失去了這些特性，也就失去了飼養這些品係的意義。
選擇近交係動物繁育方法的原則是保持近交係動物的同基因性及其基因純合性。近交係動物的繁育體係包括基礎群、血緣擴大群和生產群。當近交係動物生產供應數量不是很大時，一般不設血緣擴大群，僅設基礎群和生產群。
（一）引種
作為繁殖用原種的近交係動物必須遺傳背景明確，來源清楚，有較完整的資料，如品係名稱、近交代數、遺傳基因特點及主要生物學特征等。引種的動物應來自近交係動物的基礎群。
（二）基礎群的維持
設基礎群的目的，一是保持近交係動物自身的傳代繁衍，二是為擴大繁殖提供種動物。基礎群嚴格以全同胞兄妹交配方式進行繁殖，動物不超過5～7代都應能追溯到一對共同祖先。
基礎群繁殖方法有單線法、平行法和選優法。
1.單線法每代通常留3～5個兄妹對作為種鼠，但僅有一對向下傳遞，生產的種鼠個體均一，選擇範圍小，由於隻有單線的後代，有斷線的可能。
2.平行線法選3～5個兄妹對，每個兄妹對都選留一對作為下一代種鼠，一代代延續下去，選擇範圍大，線與線間不均一，易發生分化。
3.選優法選優法保留了上述2個方法的優點，克服2個方法中的缺點，是較好的保種方法。具體做法是，每代常有6～8個兄妹對，通常選擇3對向下傳遞，係譜呈樹枝狀，向上追溯4～5代通常能找到一對共同祖先。