BCO2基因影响鸡皮肤β-胡萝卜素沉积的分子机制

Pigment such as beta carotene and lutein depositing in the skin epidermis makes yellow skin of the chicken, the beta carotene dioxygenase 2 which is encoded by BCO2 genes is a key enzyme in beta carotene oxidation decomposition process. We recently found that the expression of BCO2 gene in chicken white skin tissues, and not expressed in the yellow skin; and the gene amplification in the white skin of the chicken genome brightness higher than the yellow skin chicken. We hypothesized that BCO2 gene may be an important candidate gene of chicken skin beta-carotene deposition. On this basis, this project intends to discuss the cause of BCO2 gene in skin tissue expression of the reasons for the differences from 3 aspects of the following; firstly, apply second-generation high throughput re-sequencing technology and real-time fluorescence quantitative PCR to analyze the gene copy number variations (CNVs) and transcription; second, carried out a analysis of the regional structure and SNP scanning of the gene 5'UTR and predicted promoter region of the transcription factor binding sites; finally, analyze the methylation of promoter region of the gene; Based on the above experimental results, analysis the molecular regulation mechanism of BCO2 gene of chicken skin beta carotene deposition, and establish a detection method of Skin colors, and lay the foundation for the theory and application of chicken breeding.

鸡皮肤表皮层中β-胡萝卜素和叶黄素等黄色素沉积使其皮肤呈现黄色，BCO2基因编码的β-胡萝卜素加氧酶2是β-胡萝卜素氧化分解过程的关键酶。我们新近发现BCO2基因在鸡白色皮肤组织中表达，而在黄色皮肤中不表达，且该基因在白色皮肤鸡的基因组中扩增亮度高于黄色皮肤鸡。我们推测BCO2基因可能是调控鸡皮肤β-胡萝卜素沉积的重要候选基因。以此为基础，本课题拟从以下3个方面探讨引起BCO2基因在皮肤组织中差异表达的原因；首先，采用二代高通量重测序技术、实时荧光定量技术以及RT-PCR技术对该基因拷贝数变异及转录本进行检测；第二，在该基因转录调控区筛查影响基因表达的结构变异；最后，检测分析该基因启动子区域的甲基化位点；综合以上试验结果，解析BCO2基因影响鸡皮肤β-胡萝卜素沉积的分子调控机制，同时建立一种鸡黄、白皮肤分子检测方法，进而为鸡育种奠定理论及应用基础。

家鸡皮肤中β-胡萝卜素的沉积将直接影响其胴体颜色及经济价值，BCO2（beta-carotene oxygenase 2）基因编码的β-胡萝卜素加氧酶2可通过不对称氧化反应将β-胡萝卜素分解成为无色的物质（Kiefer et al., 2001; Eriksson et al., 2008）。但是皮肤中β-胡萝卜素沉积的分子机制目前尚不清楚。本项目在课题组关于鸡 BCO2基因研究的前期工作基础上，通过开展该基因拷贝数变异（copy number variations，CNVs）、组织表达谱及转录本差异、转录调控区结构变异以及基因启动子区域的甲基化位点等多方面的研究。综合实验结果，我们认为白色皮肤鸡种的BCO2基因中存在有CNV使该基因表达量增强，与此同时，该基因在白色皮肤组织中的启动子活性也显著高于黄色皮肤，进一步增强了该基因在白色皮肤组织中的表达。进而加强了其对类胡萝卜素的降解能力，从而使皮肤没有类胡萝卜素的沉积，而呈现白色；此外，我们研究结果显示BCO2基因在黄色皮肤的广西黄鸡的背皮组织不表达，可能是由于其启动子区域存在T插入突变，使得背皮组织中的类胡萝卜素没有被降解，进而呈现出黄色。本课题研究结果全面、客观地解析了BCO2基因影响鸡皮肤β-胡萝卜素沉积的分子机制，为鸡皮肤色素沉积研究奠定理论基础；同时，发现、验证的BCO2基因CNVs、SNP等可作为肤色的遗传标记，建立了肤色分子遗传改良技术，可为鸡育种提供科学依据及新的思路。