家雞羽色性狀遺傳調(diào)控機(jī)制研究進(jìn)展

吳日富，瞿 浩，嚴(yán) 霞，羅成龍，王 艷，舒鼎銘

(1.廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院動(dòng)物科學(xué)研究所，畜禽育種國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東省畜禽育種與營(yíng)養(yǎng)研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣州 510640；2.華南農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科學(xué)學(xué)院，廣州 510642)

鳥類的羽毛顏色是色素研究的重點(diǎn)，它是品種、種群和繁育群體重要的外貌特征，也是一種重要的遺傳標(biāo)記[1-2]。鳥類的羽毛顏色性狀呈現(xiàn)出豐富的表型多樣性，它在與同伴發(fā)生視覺(jué)感知和互動(dòng)中發(fā)揮了重要作用，并且可以用來(lái)偽裝和保護(hù)自己[3]。羽毛顏色性狀由基因調(diào)控，包括調(diào)控色素的含量和比例以及色素在單根羽毛中的分布狀況等；同一種色素在不同的生理階段表現(xiàn)出來(lái)的表型性狀可能也不相同[4]。在雞育種過(guò)程中，選育品種羽色性狀的整齊性具有重要意義，全面了解不同羽色性狀的遺傳調(diào)控機(jī)制將有助于建立具有顯著羽色標(biāo)識(shí)的品種。

近年來(lái)，隨著測(cè)序技術(shù)的發(fā)展，運(yùn)用全基因組范圍內(nèi)的遺傳變異檢測(cè)技術(shù)(全基因組重測(cè)序、轉(zhuǎn)錄組測(cè)序等)發(fā)現(xiàn)了很多與羽色性狀相關(guān)的基因。作者綜述了近年來(lái)已經(jīng)確定基因座的雞羽色性狀的研究進(jìn)展，全面探討了雞羽色的調(diào)控機(jī)理和不同類型羽毛顏色性狀的分子遺傳機(jī)制，旨在為羽色性狀的研究提供參考。

1 影響家雞羽毛色素形成的調(diào)控通路

家雞不同羽毛顏色是化學(xué)和光學(xué)兩個(gè)相互關(guān)聯(lián)的物理過(guò)程的結(jié)果，由這兩個(gè)過(guò)程形成了羽色的色素和結(jié)構(gòu)顏色[5]。研究表明，黑色素和類胡蘿卜素是形成雞羽毛顏色的兩類主要色素，其中類胡蘿卜素需要從外界攝取，而黑色素可以自身合成。黑色素分為真黑素和褐黑素，二者都是酪氨酸衍生物，其中真黑素使羽毛呈現(xiàn)黑色和深棕色，褐黑素使羽毛呈現(xiàn)紅色和黃色[6]。一般來(lái)講，家雞不同羽毛顏色主要是由于真黑素和褐黑素在羽毛中的數(shù)量、比例和分布位置的不同而形成的[6]。羽毛的黑色素是在毛囊黑素細(xì)胞的黑素小體中合成的，黑色素的合成過(guò)程受多個(gè)通路和多種因子的調(diào)控。作者根據(jù)已有文獻(xiàn)對(duì)家雞羽色性狀形成相關(guān)的黑色素調(diào)控通路進(jìn)行了總結(jié)(圖1)。由圖1可知，Wnt信號(hào)通路可以通過(guò)淋巴細(xì)胞增強(qiáng)因子(lymphoid enhancer factor 1,LEF1)增強(qiáng)小眼畸形轉(zhuǎn)錄因子(melanogenesis associated transcription factor,MITF)的表達(dá)，進(jìn)而影響黑素母細(xì)胞的增殖分化，最終影響黑色素的合成[7]。KIT/KITL信號(hào)通路對(duì)黑素母細(xì)胞的生存十分重要，原癌基因(KIT proto-oncogene,KIT)與其受體KITL結(jié)合后通過(guò)絲裂原活化蛋白激酶(mitogen activated protein kinase,MAPK)激活MITF的功能，隨后通過(guò)調(diào)控酪氨酸酶(tyrosinase,TYR)和酪氨酸酶相關(guān)蛋白1(tyrosinase related protein 1,TYRP1)、多巴色素互變異構(gòu)酶(dopachrome delta-isomerase,DCT)進(jìn)而影響黑色素的合成。此外KIT與MITF存在復(fù)雜的相互作用，二者共同調(diào)節(jié)黑素細(xì)胞的發(fā)育，其中MITF促進(jìn)黑素母細(xì)胞分化成黑素細(xì)胞，隨后通過(guò)KIT來(lái)維持黑素細(xì)胞的存活與遷移[8]。EDN3/EDNRB信號(hào)通路在黑素細(xì)胞的發(fā)育中起著重要的作用，內(nèi)皮素3(endothelin 3,EDN3)與其受體EDNRB結(jié)合后使蛋白激酶(protein kinase C lambda,PKC)磷酸化激活MAPK，進(jìn)一步促進(jìn)了下游的黑色素合成途徑。EDN3和EDNRB發(fā)生遺傳突變均會(huì)導(dǎo)致黑素細(xì)胞前體細(xì)胞數(shù)量的減少和色素的稀釋[9-10]。

，促進(jìn)；---→，抑制，Promote；---→，inhibition圖1 家雞羽色形成機(jī)制及黑色素調(diào)控通路Fig.1 The formation mechanism of domestic chicken feather color and the regulation pathway of melanin

α-MSH/ASIP-MC1R調(diào)控通路與黑色素合成分泌緊密相關(guān)[11-12]。黑素皮質(zhì)素受體1基因(melanocortin 1-receptor,MC1R)主要在黑素細(xì)胞中表達(dá)，當(dāng)α-促黑色素細(xì)胞激素(α-melanocyte-stimulating hormone,α-MSH)與MC1R結(jié)合后，促進(jìn)環(huán)腺苷酸(cyclic adenosine monophosaphate,cAMP)的釋放，隨后cAMP與其反應(yīng)元件(cAMP response element,CRE)及效應(yīng)元件結(jié)合蛋白(cAMP response element-binding protein,CREB)三者共同結(jié)合進(jìn)而上調(diào)MITF基因的表達(dá)，最后激活酪氨酸家族TYR、TYRP1、DCT的特異性表達(dá)。從而使得細(xì)胞內(nèi)的酪氨酸氧化生成多巴，而多巴進(jìn)一步氧化變成多巴醌。當(dāng)TYR活性較高時(shí)，多巴醌會(huì)進(jìn)一步變化生成真黑素，當(dāng)TYR活性較低時(shí)，多巴醌會(huì)在半胱氨酸的作用下形成褐黑素。此外，刺鼠信號(hào)蛋白(Agouti signaling protein,ASIP)是MC1R的抑制因子，它會(huì)和α-MSH競(jìng)爭(zhēng)與MC1R的結(jié)合，通過(guò)抑制TYR的表達(dá)從而阻礙真黑素的形成，最終形成褐黑素[13]。性別決定區(qū)盒基因(SRY-box 10,SOX10)是黑素細(xì)胞的重要轉(zhuǎn)錄因子，它的表達(dá)下調(diào)可以導(dǎo)致酪氨酸家族的表達(dá)下降進(jìn)而造成真黑素的合成減少[14]。溶質(zhì)載體45家族第2成員(solute carrier family 45 member 2,SLC45A2)是維持黑素小體內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定的因子，其突變會(huì)導(dǎo)致黑色素的合成受到限制[15]。前黑素體蛋白(pre-melanosome protein 17,PMEL17)對(duì)維持黑素小體的形態(tài)和正常發(fā)育非常重要，常見(jiàn)的突變會(huì)導(dǎo)致真黑素的強(qiáng)烈稀釋[16-17]。親黑素蛋白(melanophilin,MLPH)負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)運(yùn)黑素小體到鄰近的角質(zhì)細(xì)胞中進(jìn)行色素沉積，因此它的突變也會(huì)導(dǎo)致色素的稀釋[18]。綜上所述，編碼這些調(diào)控因子的基因是家雞羽色形成的分子遺傳修飾基因，它們?cè)诤谒丶?xì)胞的生長(zhǎng)發(fā)育和黑色素合成中發(fā)揮重要的作用，這些基因遺傳結(jié)構(gòu)突變會(huì)改變其表達(dá)水平，進(jìn)而影響黑素細(xì)胞的存活、黑色素的生物合成及類型。因此其中任何一個(gè)基因發(fā)生結(jié)構(gòu)變異都有可能改變羽色的形成。

另外，由細(xì)胞周期依賴性激酶基因(cyclin dependent kinase inhibitor 2A,CDKN2A)編碼的腫瘤抑制蛋白(ARF)可以通過(guò)與MDM2結(jié)合來(lái)抑制MDM2對(duì)P53的降解作用，保護(hù)P53免于降解。P53是一種控制細(xì)胞周期啟動(dòng)的因子，可激活下游靶點(diǎn)，導(dǎo)致黑素細(xì)胞過(guò)早分化[19-21]。

鳥類的類胡蘿卜素著色的表達(dá)涉及4個(gè)不同的生理步驟：腸道攝取、循環(huán)和運(yùn)輸、肝臟中的代謝以及在組織中的沉積。據(jù)報(bào)道，攝取類胡蘿卜素后的金絲雀其羽毛是黃色的，但在一些酶促反應(yīng)和基因突變的作用下會(huì)產(chǎn)生其他類型的羽色性狀[22-24]。有關(guān)類胡蘿卜素消化、吸收、沉積與雞羽色性狀相關(guān)聯(lián)的研究目前仍鮮有報(bào)道。

2 家雞不同羽色性狀調(diào)控基因座

家雞羽毛顏色受眾多基因座調(diào)控，目前研究已發(fā)現(xiàn)的各基因座遺傳基礎(chǔ)見(jiàn)表1。

表1 影響家雞羽色性狀的基因位點(diǎn)

2.1 決定真黑素和褐黑素分布的基因座

家雞羽色性狀中的黑羽和麻羽由E基因座調(diào)控，該基因座由MC1R基因編碼，通過(guò)調(diào)控酪氨酸酶的活性來(lái)影響真黑素和褐黑素的合成[35-36]。Smyth等[37]在1990年指出E基因座上不同等位基因的突變位點(diǎn)的顯隱關(guān)系為E>ER>ewh>e+>eb>ebc>ey。直到2003年，Kerje等[25]通過(guò)連鎖分析發(fā)現(xiàn)E基因座與位于雞11號(hào)染色體的MC1R基因高度顯著關(guān)聯(lián)，證明了調(diào)控E基因座的編碼基因是MC1R基因；通過(guò)對(duì)MC1R基因僅有的1個(gè)外顯子進(jìn)行序列分析發(fā)現(xiàn)，不同等位基因含有不同的單核苷酸多態(tài)性(SNP)位點(diǎn)，其中G274A突變位點(diǎn)最有可能促進(jìn)真黑素的合成，其中E等位基因?yàn)楹谟穑吧蜑槁橛稹ávila等[38]的研究也為G274A突變位點(diǎn)可促進(jìn)真黑素的形成并有助于黑羽形成的結(jié)論提供了證據(jù)。前人研究描述了E基因座上不同等位基因的羽色表型(圖2A)[39]。近年來(lái)有很多研究者開(kāi)展國(guó)外和中國(guó)地方雞品種MC1R基因遺傳變異與羽色性狀相關(guān)性的研究，Kabir等[40]通過(guò)對(duì)30個(gè)日本雞品種和8個(gè)非日本雞品種不同羽色類別進(jìn)行MC1R基因SNP檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)A427G和G274A突變位點(diǎn)分別有助于棕色和黑色羽毛顏色的形成，但在A644C突變位點(diǎn)的抑制作用下，等位基因雖然存在G274A突變，但不表達(dá)黑色羽毛。在中國(guó)地方雞品種的研究中，多個(gè)研究指出中國(guó)黑色羽地方雞品種都在MC1R基因上同時(shí)存在T212C、G274A 2個(gè)突變位點(diǎn)，但未檢測(cè)到A644C突變位點(diǎn)，這3個(gè)變異位點(diǎn)等位基因均可通過(guò)酶切方法進(jìn)行檢測(cè)，3個(gè)位點(diǎn)組合的單倍型(CAA)可以作為中國(guó)黑色羽地方雞品種的遺傳分子標(biāo)記[41-42]。母雞的麻羽性狀可以分為黃麻、紅麻和灰麻等類型[43]，Guo等[44]對(duì)母雞灰麻和黃麻羽色性狀研究發(fā)現(xiàn)，在MC1R基因上共有11個(gè)SNPs，其中8個(gè)為非同義突變，通過(guò)單倍型分析進(jìn)而對(duì)羽色進(jìn)行選擇。雖然MC1R基因不能完全解釋復(fù)雜的羽色表型，但了解它的功能和突變有助于為復(fù)雜的羽色性狀提供思路和參考。

2.2 抑制色素沉著的基因座

2.2.1 I基因座 以白萊航雞為代表的顯性白羽性狀是由基因座I調(diào)控的，它包括了野生型(I*N)、顯性白羽(I*I)、煙灰色羽(I*S)(圖2B)和暗褐色羽(I*D)4種等位基因。2004年，Kerje等[26]利用紅色原雞與白萊航雞的雜交群體進(jìn)行連鎖分析發(fā)現(xiàn)，PMEL17基因與顯性白羽基因座顯著關(guān)聯(lián)，證實(shí)了PMEL17基因?yàn)轱@性白羽基因座的編碼基因，該基因位于雞的33號(hào)染色體上，顯性白羽的形成是由于PMEL17基因外顯子10上插入了9 bp片段，進(jìn)而導(dǎo)致跨膜區(qū)增加了3個(gè)氨基酸；煙灰色羽的形成不僅是在該基因外顯子10上插入了9 bp片段，且在外顯子6上有12 bp缺失，導(dǎo)致失去了4個(gè)氨基酸，攜帶I*S等位基因時(shí)，雞羽色恢復(fù)部分色素，表現(xiàn)為煙灰色；暗褐色羽的形成是由于在該基因的跨膜區(qū)缺失了15 bp片段導(dǎo)致缺失了5個(gè)氨基酸，I*D抑制真黑素的表達(dá)，羽色表現(xiàn)為褐色[45]。PMEL17基因編碼的前黑素體蛋白首先在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中合成，經(jīng)過(guò)高爾基體和高爾基體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)加工修飾后進(jìn)入黑素小體，對(duì)維持黑素小體的形態(tài)和發(fā)育非常重要，基因結(jié)構(gòu)變異會(huì)導(dǎo)致真黑素的合成受到抑制[16-17]。

A，E基因座不同等位基因的羽色卡通示意圖(e+、eb、ewh和ey的公雞均為黑胸紅背；ER公雞與野生型的區(qū)別為它的飛羽為黑色，而不是半紅半黑；ER母雞身體為黑色羽毛，頸部為金黃色羽毛；E公雞和母雞全身都為黑羽；e+母雞的胸部為橙色羽，背部為帶棕色麻點(diǎn)的羽毛；eb母雞的胸部和背部都是帶有棕色麻點(diǎn)的羽毛；ewh和ey母雞全身都為橙黃色)[39]；B、C、D、E和F，分別為I基因座[26]、C基因座[28]、S基因座[29]、DB基因座[30]和LAV基因座[31]不同等位基因的羽色性狀；G，MO基因座控制的野生型和非依賴?yán)野彼崦鸽[性白羽[32]；H，MO基因座控制的黑色和黃色背景下的斑點(diǎn)羽[32]；I，經(jīng)典的性連鎖橫斑羽(蘆花羽)[34]A,The feather colored cartoons of different alleles of the E locus (males that are e+,eb,ewh or eyall have the black-breasted red feather pattern.ER males are different in the wings,the flight feathers are all black in stead of the half-red half-black feathers of the wild type alleles.ER females have black bodies and gold hackle feathers.Males and females with E alleles are all black feather.e+ females have brown stippled backs and salmon breasts,where the eb females have brown stippled backs and brown stippled breasts.Both ewh and ey females are all orange-yellow)[39];B,C,D,E and F,The feather color traits of different alleles at I[26],C[28],S[29],DB[30] and LAV locus[31],respectively;G,Wild-type and tyrosinase-independent recessive white feathers controlled by MO locus[32];H,Mottled feather on black and yellow background controlled by MO locus[32];I,The iconic sex-linked barring feather (Lu Hua feather)[34]圖2 家雞不同等位基因調(diào)控的羽色性狀Fig.2 Feather color traits regulated by different alleles of domestic chickens

2.2.2 C基因座 隱性白羽和常染色體白化性狀由C基因座調(diào)控，該基因座共含有4種等位基因，分別為野生型(C*N)、隱性白羽(C*C)(圖2C)、紅眼白羽(C*RE)和常染色體白化(C*A)。除野生型外，其余3種等位基因的羽毛顏色均為白色，唯一的區(qū)別是攜帶這3種等位基因家雞個(gè)體的眼睛存在不同程度灰色和紅色[46]。1985年Oetting等[47]研究指出，C基因座為酪氨酸酶的結(jié)合位點(diǎn)，證實(shí)了編碼酪氨酸酶的TYR基因是C基因座的編碼基因。21世紀(jì)初，Tobita-Teramoto等[27]研究表明，常染色體白化的致因突變是TYR基因上第817 bp處缺失了6 bp(-ΔGACTGG)，導(dǎo)致失去了天冬氨酸、色氨酸2個(gè)氨基酸，而這2種氨基酸正好是銅離子的結(jié)合位點(diǎn)，最終導(dǎo)致酪氨酸酶不能與銅離子結(jié)合進(jìn)而降低酶活性。雞的隱性白羽性狀遺傳機(jī)制是在2006年Chang等[28]研究中發(fā)現(xiàn)的，該研究指出TYR基因內(nèi)含子4中插入了7.7 kb完整的禽白血病家族的逆轉(zhuǎn)錄病毒核苷酸序列，該插入導(dǎo)致TYR基因的mRNA翻譯異常，表達(dá)受到抑制，最終導(dǎo)致真黑素的合成受到抑制[48]。

2.2.3 S基因座 家雞的金色和銀色羽毛是由性染色體Z上的S基因座決定的[49]。S基因座包括一系列等位基因，不同等位基因間的顯隱性關(guān)系為：S*S(銀色)>S*N(野生型/金色)>S*AL(性連鎖不完全白化)(圖2D)。2007年，Gunnarsson等[29]運(yùn)用連鎖圖譜分析定位發(fā)現(xiàn)了候選基因SLC45A2上的2個(gè)錯(cuò)義突變Tyr277Cys、Leu347Met和1個(gè)缺失突變——106delT，與S基因座控制的羽毛顏色性狀存在明顯關(guān)聯(lián)。造成S基因座上不同的羽毛顏色性狀的原因各異，其中SLC45A2基因第3外顯子的錯(cuò)義突變Tyr277Cys只與白萊航雞的白色羽毛相關(guān)，而在其他所有表現(xiàn)為銀羽的雞中都發(fā)現(xiàn)了外顯子4上的錯(cuò)義突變Leu347Met；此外，性連鎖白化S*AL是由于該基因外顯子1上的缺失突變(-106delT)形成的，該缺失突變導(dǎo)致mRNA翻譯終止密碼子提前，相應(yīng)的mRNA表達(dá)減少。SLC45A2基因編碼的蛋白負(fù)責(zé)維持黑素小體內(nèi)環(huán)境中和，以支持黑素小體成熟后期的黑化，常見(jiàn)的等位基因突變會(huì)稀釋黑色素[15,29]。

2.3 降低色素沉著強(qiáng)度的基因座

2.3.1 DB基因座 攜帶深棕色基因座(dark brown,DB)位點(diǎn)的家雞存在真黑素的表達(dá)抑制，并且具有類似黑尾紅背的羽毛顏色分布[37]。DB基因座位點(diǎn)首先在Fayoumi雞常染色體中被發(fā)現(xiàn)，最初被定義為野生型DB*N和深棕色羽色DB*DB 2個(gè)等位基因[50]。Bitgood等[51]把DB位點(diǎn)定位在雞的1號(hào)染色體上。2011年，Gunnarsson等[30]研究指出，深棕色胸羽DB表型是由位于1號(hào)染色體上的SOX10基因上游14 kb中的8.3 kb缺失造成的，SOX10基因是黑素細(xì)胞和其他一些細(xì)胞類型中的重要轉(zhuǎn)錄因子。這一缺失突變導(dǎo)致SOX10基因表達(dá)下降，進(jìn)而降低TYR的表達(dá)，導(dǎo)致合成更多的褐黑素，進(jìn)而使羽毛顏色轉(zhuǎn)變[14]。這使得雄性的胸部由黑色變?yōu)樯钭厣?圖2E)，雌性全身都變?yōu)槌赛S色。

2.3.2 LAV基因座 LAV基因座存在2個(gè)等位基因，分別為L(zhǎng)AV*N和LAV*L，其中LAV*N為野生型，LAV*L為淡紫色羽(灰羽)(圖2F)。Brumbaugh等[52]在1972年首次發(fā)現(xiàn)淡紫色羽(灰羽)，直到2008年Vaez等[31]通過(guò)正交試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)了MLPH基因的1個(gè)SNP可以稀釋E基因座所控制的色素，重測(cè)序結(jié)果表明在MLPH基因編碼區(qū)存在1個(gè)非同義突變C103T(R35W)，攜帶此突變個(gè)體的羽毛顏色會(huì)被稀釋為淡紫色(灰色)。MLPH基因編碼的蛋白是黑素小體轉(zhuǎn)運(yùn)所必需的，它的突變使得黑素細(xì)胞中成熟的黑素小體不能正常轉(zhuǎn)運(yùn)到附近的角質(zhì)細(xì)胞中進(jìn)行色素沉積，進(jìn)而造成色素稀釋[18,31]。Xu等[53]以安義瓦灰雞為例也證實(shí)了灰羽與該基因突變相關(guān)。

2.4 影響羽毛顏色圖案形成的基因座

2.4.1 MO基因座 MO基因座為常染色體隱性遺傳，其包含的3個(gè)等位基因分別形成不同的羽色性狀，其中MO*N為野生型,MO*W為非依賴?yán)野彼崦傅碾[性白羽，MO*MO為斑點(diǎn)羽。Kinoshita等[32]通過(guò)雜交試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)內(nèi)皮素受體B2基因(endothelin receptor b2,EDNRB2)為MO基因座的效應(yīng)基因，并通過(guò)對(duì)EDNRB2基因編碼區(qū)的測(cè)序分析發(fā)現(xiàn)非同義替換G1008T(Cys244Phe)、G1272A(Arg332His)分別是MO*W和MO*MO等位基因的致因突變。EDNRB2是鳥類正常色素形成過(guò)程中必不可少的，EDNRB2基因突變可能導(dǎo)致該基因編碼的蛋白與內(nèi)皮素結(jié)合缺陷，從而干擾黑素細(xì)胞的增殖分化和遷移。其中MO*W等位基因調(diào)控非依賴?yán)野彼崦傅陌咨鹦誀睿橛幸恍┎糠种挠鹈?圖2G)，等位基因MO*MO控制的斑點(diǎn)羽在家雞的羽毛中表現(xiàn)為主要遺傳背景羽色并帶有白色斑點(diǎn)(圖2H)。

2.4.2 B基因座 橫斑羽色表型有2種遺傳調(diào)控模式，分別為性連鎖橫斑羽(蘆花羽)和常染色體橫斑羽。其中性連鎖橫斑羽為B基因座控制的遺傳模式，而常染色體橫斑羽則被認(rèn)為是DB基因座、E基因座和模式(Patterning,PG)基因座多個(gè)等位基因共同作用的結(jié)果[37,54-55]。Dorshorst等[56]把B基因座定位到Z染色體上，2010年，Hellstr?m等[33]通過(guò)測(cè)序技術(shù)確定CDKN2A為B基因座的編碼基因，并且在CDKN2A基因上發(fā)現(xiàn)2個(gè)非編碼突變、2個(gè)錯(cuò)義突變V9D和R10C(均位于外顯子1上)。2017年，Schwochow等[34]研究證實(shí)，雞的性連鎖橫斑羽色與影響CDKN2A基因位點(diǎn)的2個(gè)非編碼突變和2個(gè)編碼突變V9D、R10C有關(guān)。其中2個(gè)非編碼突變構(gòu)成B*B0等位基因，表現(xiàn)為強(qiáng)稀釋橫斑羽色表型，B*B1等位基因由2個(gè)非編碼突變和V9D錯(cuò)義突變共同構(gòu)成，羽色表現(xiàn)為經(jīng)典的橫斑羽(圖2I)，而B*B2等位基因則由2個(gè)非編碼突變和R10C錯(cuò)義突變構(gòu)成，形成弱稀釋的橫斑羽。該試驗(yàn)結(jié)果表明2個(gè)非編碼突變導(dǎo)致CDKN2A基因表達(dá)上調(diào)，其編碼的蛋白ARF也相應(yīng)上調(diào)，進(jìn)而導(dǎo)致黑素細(xì)胞的過(guò)早分化，最終使毛囊內(nèi)缺乏能夠補(bǔ)充產(chǎn)生色素的未分化黑素細(xì)胞；隨著羽毛的不斷生長(zhǎng)，沒(méi)有更多的黑色素細(xì)胞可用來(lái)產(chǎn)生色素，從而形成白色條紋。2個(gè)錯(cuò)義突變都能抵消ARF表達(dá)上調(diào)造成的影響，而V9D突變相對(duì)于R10C突變更能抑制ARF的表達(dá)上調(diào)，因此造成不同的橫斑羽色表型。

3 雞羽色遺傳的調(diào)控模型—圖靈模型

圖靈模型(Turing pattern)也叫反應(yīng)擴(kuò)散模型，最初由圖靈提出[57]，并由其他人進(jìn)一步擴(kuò)展[58]。其原理是短程可擴(kuò)散激活因子與長(zhǎng)程可擴(kuò)散抑制因子相結(jié)合，激活因子促進(jìn)其自身的表達(dá)和抑制因子的表達(dá)，抑制因子比激活因子更快地?cái)U(kuò)散到鄰近細(xì)胞并抑制激活因子的功能，從而形成重復(fù)的斑點(diǎn)或條紋圖案。生物體中斑點(diǎn)模式的形成通常可由圖靈模型或與其相關(guān)的模型解釋。如在皮膚圖案的研究中，斑馬魚皮膚條紋是由滿足圖靈模型要求的色素細(xì)胞相互作用形成的[59]。在植物花瓣色素圖案中，Yuan等[60]和Ding等[61]通過(guò)研究證實(shí)了圖靈模型可以解釋Mimulus花瓣中色素斑點(diǎn)的分子遺傳機(jī)制，分別找到激活因子和抑制因子，并且通過(guò)基因敲除改變激活因子和抑制因子，進(jìn)而驗(yàn)證了圖靈模型可以解釋色素在花瓣中表達(dá)形成的斑圖。在鳥類羽色圖案中，基于圖靈模型的數(shù)學(xué)建模可以模擬真實(shí)羽毛色素圖案的各種色素圖案[62]；Schwochow等[63]對(duì)雞常染色體橫斑羽色性狀研究發(fā)現(xiàn)，MC1R基因編碼區(qū)L133Q突變是該群體中最有可能導(dǎo)致常染色體色素沉積障礙的原因，并且在毛囊中存在ASIP基因的表達(dá)，推測(cè)MC1R基因及其頡頏劑ASIP基因可能在圖靈反應(yīng)擴(kuò)散模型中作為激活劑和抑制劑，在鳥類羽毛色素沉積模式中起著關(guān)鍵作用。此外，對(duì)日本鵪鶉背部羽毛色素條紋的研究發(fā)現(xiàn)，在真皮細(xì)胞中表達(dá)的ASIP基因與黑素細(xì)胞相互作用可以影響色素條紋出現(xiàn)[64]。而且ASIP基因在毛囊中不同位置的表達(dá)也會(huì)造成羽色圖案的改變[65-66]。這些研究都為ASIP基因在調(diào)控羽色圖案的圖靈模型中扮演抑制因子提供了關(guān)鍵證據(jù)。

雖然目前還沒(méi)有更多的證據(jù)進(jìn)一步確定雞羽色圖案調(diào)控機(jī)制中由哪些因子扮演激活因子和抑制因子，但圖靈模型為自然界觀察到的圖案多樣性提供了解釋，該模型描述了在組織中不同擴(kuò)散的形態(tài)原之間的相互作用如何引起上皮附屬物的自主圖案化[67]。綜上，圖靈模型在生物的進(jìn)化和形態(tài)發(fā)育的研究中具有引導(dǎo)性的作用；未來(lái)隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，在雞羽毛顏色性狀的研究中以圖靈模型為指導(dǎo)，將會(huì)對(duì)羽毛色素圖案分布的分子遺傳和調(diào)控機(jī)制產(chǎn)生新的認(rèn)識(shí)。

4 小結(jié)與展望

鳥類羽毛顏色性狀是影響鳥類之間識(shí)別和交流的一個(gè)關(guān)鍵因素。在家禽中，羽毛顏色可以影響外觀質(zhì)量，是品種、種群和繁育群體識(shí)別的標(biāo)志。雞的周期性色素圖案包括斑點(diǎn)、條紋等，可以構(gòu)成宏觀上全身的圖案，也可以是微觀上單根羽毛內(nèi)的圖案。條紋可以是縱向的，也可以是橫向的。圖靈模型可以解釋生物進(jìn)化和形態(tài)的變化，這為家雞羽毛顏色圖案的形成和分布提供了認(rèn)知理論基礎(chǔ)，可為雞羽毛性狀的研究提供新的視角。

作者綜述了雞羽毛顏色性狀的分子遺傳機(jī)制，并系統(tǒng)地論述了不同類型羽色的分子遺傳機(jī)制。目前，盡管對(duì)雞的基因組有了比較詳細(xì)的研究，但影響雞羽毛顏色形成的遺傳機(jī)制仍然不是很清楚，需要繼續(xù)深入研究。如家雞的麻羽羽色可根據(jù)顏色深淺細(xì)分為黃麻、棕麻、褐麻等，雖然目前已知麻羽性狀由E基因座中多個(gè)等位基因共同調(diào)控，且MC1R基因與其他控制羽色的基因存在相互作用，但影響不同類型麻羽性狀的遺傳機(jī)制仍不清楚，在育種實(shí)踐中也不能通過(guò)分子標(biāo)記輔助選擇進(jìn)行選種。在微觀角度上，不同羽色性狀單根羽毛的斑點(diǎn)和條紋也不一樣[55,63](表3)。研究者從黑素細(xì)胞的生長(zhǎng)發(fā)育、分化、遷移，以及真皮細(xì)胞表達(dá)ASIP等方面對(duì)一些羽毛圖案進(jìn)行研究，證明了黑素細(xì)胞和真皮細(xì)胞在羽毛圖案化過(guò)程中具有重要的作用[66]。最近關(guān)于黑變(melanotic，ML)基因座的研究表明，影響GJA5轉(zhuǎn)錄的順式作用突變是雞羽內(nèi)黑色素模式的基礎(chǔ)[68]；而哥倫比亞(Columbian，CO)、PG等基因座被預(yù)測(cè)與E和DB基因座聯(lián)合調(diào)控羽毛圖案，但至今還沒(méi)發(fā)現(xiàn)這些基因座的編碼基因[37,55]。綜上，深入分析黑素細(xì)胞的增殖、遷移和分化，以及它們和再生羽毛毛囊內(nèi)鄰近組織細(xì)胞的相互作用將有助于辨別色素圖案背后的細(xì)胞機(jī)制[69]。全基因組測(cè)序、轉(zhuǎn)錄組測(cè)序等現(xiàn)代分子生物技術(shù)的發(fā)展將使人們能夠從家禽和鳥類中發(fā)現(xiàn)更多與羽毛色素圖案形成相關(guān)的新基因及新的分子機(jī)制。基于圖靈模型和產(chǎn)生色素圖案的實(shí)際生物過(guò)程進(jìn)行數(shù)學(xué)建模，模擬真實(shí)羽毛色素圖案等方面的研究，將會(huì)促進(jìn)對(duì)羽色性狀的形成、發(fā)展、再生和進(jìn)化的理解[70]。

表3 雞羽毛中不同類型的色素沉著調(diào)控模式[55,63]