MITF与EDNRB2对鸭体表黑色素分布的层级调控作用及分子机制

The plumage colour is related to the melanin deposition and distribution on the body surface of poultry. It is an important appearance trait that can affects the economic value of meat type poultries in the market. Our previous studies of genome-wide association analysis (GWAS) basing on the F2 genetic populations cross mated from Pekin duck and Mallard, showed that MITF and EDNRB2 are two important candidate genes that determine the distribution of melanin in duck’s body surface. MITF might be the switch gene of duck melanin synthesis, whereas, EDNRB2 might affect the distribution of melanin in duck’s body surface by controlling the differentiation and migration of melanocytes. There may be a hierarchical effect existed between MITF and EDNRB2, which finally resulted in the differences of melanin distribution and deposition. To demonstrate the above hypothesis, we will fine mapping the candidate regions and the causal mutations which hide in the chr13 and chr10 chromosomes using natural populations, such as Jianchang duck and Pekin duck, and elucidate the molecular mechanism of how MITF and EDNRB2 shape melanin distribution on duck’s body surface, using the methods and technologies of genetics, molecular biology, and bioinformatics. These works are in great significance of achieving precise selection by molecular markers, promoting the progress of duck plumage colour pourification breeding and speeding up the cultivation of new strains.

禽类羽色与体表的黑色素沉积和分布有关，是禽类重要的“包装性状”，影响肉禽的经济价值。我们前期通过对北京鸭和野鸭杂交组建的F2资源群体进行全基因组关联分析（GWAS），筛选出影响鸭体表黑色素分布的重要候选基因MITF和EDNRB2。分析结果推测，MITF可能是鸭体表黑色素合成的开关基因，而EDNRB2可能通过控制黑色素细胞的分化和迁移过程影响鸭体表黑色素的分布。两个基因之间存在的层级调控关系，最终决定了鸭体表黑色素的分布和沉积差异。为论证上述推断，本项目将基于前期研究结果，并利用遗传学、分子生物学和生物信息学等方法与技术，基于建昌鸭、北京鸭等遗传资源，对chr13和chr10染色体上决定鸭体表黑色素分布的候选区域进行精细定位，找出致因变异，阐明MITF和EDNRB2对鸭体表黑色素分布的层级调控作用和分子机制，实现分子标记精准选种，推动鸭羽色选育和加快新品系培育。

禽类色素相关性状如羽色、胫色、喙色等，是家禽重要的“包装性状”，直接影响着肉禽的经济价值。羽色整齐一致和稳定遗传，是家禽品种培育的关键指标之一。禽类羽色类型丰富，且遗传机制复杂，不同羽色类型群体间开展杂交，甚至同一群体不同个体间选配，会导致后代羽色发生性状分离，且很难通过常规的表型选育将目标羽色性状固定下来。基于这些问题，我们通过对北京鸭和野鸭杂交组建的F2资源群体，进行全基因组关联分析（GWAS）以及精细定位，成功筛选出影响鸭体表黑色素沉积与分布的重要候选基因MITF和EDNRB2。结合基因表达水平以及分子生物学手段，发现MITF主要通过影响黑色素含量调控鸭体表色素沉积，而EDNRB2则通过启动子区域的多个调控突变，以剂量效应的方式调控鸭体表黑色素的分布。在本项目的资助下，发现主效等位基因位点Chr4:10180939 T>C可能导致色素沉积面积大规模丧失，而Chr4:10190671 A>T可以对体表黑色素沉积面积进行精细调节，进而形成不同大小的白斑表型。且该基因在物种间具有功能保守性，在中国鹅种中，EDNRB2可通过其编码区的14个碱基的插入缺失（NW_013185915.1: g. 750748-750735 insertion. CACAGGTGAGCTCT），导致鹅的白斑甚至白化表型。除此之外，本项目还通过GWAS、转录组分析等生物信息学手段，发现多个与鸭黑色素表型相关的候选基因，如MITF与POU2F3潜在协同调控鸭喙色形成；以及TYRP1通过剂量效应调控鸭头部羽毛中的黑色素小体排列变化，进而导致鸭绿头性状的形成。本项目不仅回答了MITF 和EDNRB2 在影响鸭体表黑色素相关性状中的重要作用以及具体功能，同时额外鉴定到多个鸭黑色素性状相关候选基因。加深了对鸭以及其他水禽色素性状遗传基础的理解，相关遗传位点也可用作分子标记，准确、高效地运用于早期选种，加快地方水禽资源的开发利用。