Agouti和MC1R基因调控狐狸毛色机理的研究

Agouti and MC1R are two important candidate genes and play the important role in pigment synthesis in domestic animals. Based on partial sequencing, variation sites, and relationship between the polymorphism of Agouti gene and MC1R and the phenotype of coat color, this study takes red fox, silver fox and blue fox as the research objects, and continue to study the differential expression of Agouti mRNA and MC1R mRNA, the differential expression of ASIP and MC1R in skin of fox with different coat color, and differential expression of ASIP and MC1R in different areas of skin in the fox. Meanwhile, the structure variation of untranslated region of the two genes in different fox populatios with different coat colors will be analyzed (including the spliceosome variation of 5' untranslated regionin of Agouti gene). The effects of core promoter mutations, variation of 3' untranslated region and transcription factors on gene expression will be further studied. The results not only a theoretical basis will be provide for the formation mechanism of the fox coat color which result from Agouti and MC1R, but also have important theoretical and practical significance to reveal the genetic diversity of coat color and accelerate the breeding progress of excellent foxes.

Agouti和MC1R是控制动物毛色的两个重要候选基因，本项目拟在前期已获得狐狸Agouti和MC1R基因部分序列、变异位点及其与被毛颜色相关研究结果的基础上，进一步以赤狐、银黑狐、蓝狐等为研究对象，研究不同被毛颜色狐狸皮肤组织中Agouti和MC1R基因mRNA差异表达特征、两基因所编码ASIP和MC1R蛋白差异表达及表达定位特征，同时研究两基因非翻译区结构特点（包括Agouti基因5'非翻译区外显子1剪接体的变异特征），进而研究两基因启动子区变异、3'非翻译区变异以及转录因子对基因表达的影响，解决狐狸Agouti和MC1R基因的结构特征、皮肤组织表达特征、转录因子调控特征及其相互关系等关键科学问题。研究成果不仅可以为揭示Agouti和MC1R基因调控狐狸被毛颜色分子遗传机制提供科学理论依据，同时对揭示狐狸被毛颜色的遗传多样性、提高不同裘用彩色狐种的分子育种具有重要的理论和实践意义。

被毛颜色是狐狸绒、毛、皮的重要质量性状，也是识别个体、血液系统和品种归属的重要标志之一。Agouti和MC1R基因在动物被毛颜色形成中起关键作用。本项目以冀东地区主要养殖的不同毛色狐狸为研究对象，应用高通量测序、荧光定量PCR、荧光素酶报告基因和染色体步移等技术对调控狐狸被毛颜色的重要功能基因特别是Agouti和MC1R进行了研究，获得狐狸Agouti基因5’非翻译区30720bp的核苷酸序列，MC1R基因5’和3’非翻译区分别为2708bp和1100bp的核苷酸序列，TYR基因1370bp（内含子1、外显子2和内含子2分别为368bp、217bp和785bp）的核苷酸序列，TYRP1基因2606bp（5’非翻译区、CDS和3’非翻译区分别为883bp、1614bp和109bp）的核苷酸序列。发现Agouti和MC1R基因个别位点（c.373T>C和c.41C>T）与狐狸毛色有关，有些位点（MC1R基因：c.13G>T、c.839T>G、g.-52G>A、g.-266A>G、g.-297T>C、g.-300G>A和-382～-379bp区域TTCT4碱基缺失；Agouti基因：g.269G>T、g.295C>T、g.325T>G、g.518G>A、g.608C>A和g.846G>A）是区分狐属和北极狐属狐的重要功能位点。TYRP1基因5’非翻译区的3个SNPs（g.-720C>A、g.-179A>G和g.-134T>G）是区分蓝色和白色北极狐的重要功能位点。Agouti和MC1R基因mRNA在机体不同组织中均有表达，但在皮肤中的表达量最高，且在皮肤中的表达量随毛色加深而增加。转录组测序分析筛选出与狐狸毛色相关的差异表达基因Agouti、TYR和TYRP1随毛色加深表达量增加，MITF随毛色加深表达量减少。在MC1R基因5’非翻译区发现E-box、GC-box和BRE调控元件，同时发现Ttx、c-Myc和TEC1等多个转录因子结合位点，启动子核心调控区位于-686bp～-587bp处。推测狐狸MC1R基因5'非翻译区突变位点g.-52G>A和g.-266A>G以及g.-382～-379 TTCT的缺失与MC1R基因的转录活性有关，影响狐狸MC1R基因的表达。研究结果为狐狸毛色形成机理提供了较好的理论依据，对于指导不同毛色狐种的改良和选育具有重要的实践意义。