SOX10基因增强子缺失导致白来航蛋鸡羽色变异的分子机制研究

Pink-eggshell layers are mostly realized by the means of hybridization of Rhode Island Red strain and White Leghorn strain, but it hardly comes true because of the existence of dominant gene I in White Leghorn layers inhibiting the expression of colourful feather genes. White Leghorn strain as an excellent standard breed, not only is directly used for the egg production, but also involved in the breeding of many commercial strains, therefore, it is significant to research the variation mechanism of feather color of White Leghorn chickens. The female offspring of White Leghorn hens having variant feather color gene and Rhode Island Red roosters, are subjected to the genotyping of gene SOX10 upstream sequence loss. Then we sample the superficial back skin tissues, containing melanocyte, of various genotypes pullets at multiple growth ages. On the one hand, we measure the expression level of gene SOX10 and PMEL17 in the pullets having different genotype. On the other hand, we analyze the various genotypes effect on the expression of related genes and other regulation factors in the melanocyte by RNA-seq and bioinformation technology. In addition, we ex-express and knock-down gene SOX10 to verify the expression level of PMEL17 and other candidate genes. In conclusion, we aim to clarify the mechanism of White Leghorn chicken feather color variation and provide theory basis for the breeding of pink-eggshell strains, even if white-eggshell strains and the reference for other feather color variation research.

粉壳蛋鸡配套系绝大多数采用洛岛红和白来航杂交实现，但由于白来航蛋鸡的显性白基因作用一直无法实现后代羽色自别。白来航蛋鸡作为一个优秀的标准品种，不仅被直接用于鸡蛋的生产，更参与了许多商业配套系的培育，因此，对白来航蛋鸡羽色变异机理的研究具有重要的实践意义。本研究以突变群体白来航母鸡与红羽公鸡的杂交后代为素材，鉴定SOX10基因上游增强子序列的缺失情况，挑选出不同基因型的个体并采集其不同月龄的背部浅层皮肤样本（含黑素细胞），一方面验证SOX10基因和PMEL17基因在不同基因型黑素细胞中的表达量；同时通过转录组测序技术和生物信息学技术分析不同基因型对黑素细胞中其他相关基因和调控因子的影响，并通过过表达和抑制SOX10基因以验证PMEL17和其他候选基因的表达情况，最终阐明白来航蛋鸡羽色变异的分子机理，为粉壳蛋鸡甚至白壳蛋鸡羽色自别配套系的培育提供理论依据，同时为其他羽色基因的研究提供参考。

本项目对SOX10增强子缺失白来航母鸡与红羽公鸡的杂交后代的羽色表型、行为图谱及遗传物质差异进行了研究。杂交结果表明洛岛红与SOX10增强子缺失白来航杂交后代出现红羽个体（公雏白羽，母雏大部分为红羽）。实践证明基因型筛选白来航群体此缺失突变，可快速提高了后代红羽母雏比例。相同遗传背景下不同羽色的F1母鸡行为图谱分析表明，白羽个体较红羽个体具有更高的攻击性，SOX10、PMEL17及SLC45A2基因型检测表明两种羽色与基因型不完全连锁。另外，不同品种红羽公鸡与突变群体白来航白羽母鸡杂交后，后代不同部位羽色类型及比例存在差异，不同部位羽色之间能相互影响。细分躯干及尾巴羽色并统计后代表型发现，红羽黑尾较红羽白尾是常染色体显性遗传性状。选取176个红羽躯干但尾羽颜色不同的母鸡，采翅下静脉血液，提取DNA。采用Affymetrix公司的600K芯片进行基因分型，得到与黑白尾羽颜色性状显著相关的SNP位于24染色体的3.97Mb-4.26Mb (galGal5.0)区域内。该区域包含候选基因NECTIN1、THY1、gga-mir-1466、USP2、C1QTNF5、RNF26、MCAM、CBL和CCDC153等。此外，对两种类型鸡进行转录组分析，在两组羽色毛囊组织中得到327个基因差异表达；一条黑色素相关通路被富集，包含4个差异表达基因（PLCB1、CAMK2G、WNT11、CAMK2A）；上述基因可能在羽色形成中起关键调控作用。为进一步研究白来航鸡、洛岛红鸡的羽色相关基因，本项目综合21个品种共417只鸡的芯片数据筛选基因组范围内强受选区域，找到BCO2、MC1R等色素沉积相关基因。作为标准品种，洛岛红和白来航蛋鸡不仅被直接用于鸡蛋的生产，更参与了多个商业配套系的培育，对洛岛红羽色及白来航蛋鸡羽色变异机理的研究具有重要的实践意义。