全基因组关联分析鉴定和田黑鸡喙色差异的候选基因

【作者】 李富贵； 刘天赐； 王惠娥； 曲鲁江；

【机构】 塔里木大学生命科学与技术学院； 塔里木大学动物科学与技术学院； 中国农业大学动物科学技术学院；

【摘要】 引言:喙色多样性是禽类中普遍存在的表型,喙部色素沉积在鸟类中非常容易观察到。毛皮、皮肤和羽色等部位呈现黑色主要由黑素细胞参与合成并转运。喙部色素沉着受到多重自然选择和人工选育的共同作用,包括环境气候、生活方式、饮食习惯和代谢。伴随着遗传学和基因组学的快速发展,很多影响色素沉着的基因经过自然的正向选择,特别是黑素体的生物发生和黑色素的生物合成的基因被陆续发现和证实。通过全基因关联分析也证实了TYR、MC1R和OCA2等明星基因的多态性与色素沉着呈显著相关。鸡作为世界第一大禽类物种,其喙多为黑色和黄色,也有出现黑黄双色的杂色喙,在地方品种中也能看到,喙色还会影响屠体美观和销售价格。我国家禽资源丰富,遗传背景多样,导致杂色喙的遗传因素尚未阐述清楚。基于此,我们对143只和田黑鸡进行全基因组关联分析研究,以深入了解遗传因素对喙色的影响。该研究可为鸡黑色素沉积的分子调控机制和纯化、改良和田黑鸡喙色提供参考。材料与方法:试验动物来自和田黑鸡保种场新疆昆仑尼雅生态农牧发展有限公司,饲养于塔里木大学动物科学与技术学院试验站,按照保种场推荐的营养水平进行饲养管理,网上平养。为确定喙色稳定时期,在不同饲养周龄对喙色进行表型记录,直至表型基本稳定。在56日龄进行血液采集,采用DNA提取试剂盒提取基因组DNA,测序工作由北京诺禾致源科技股份有限公司完成,平均测序深度为6×。使用fastq(v0.20.0)进行原始序列读数,使用默认参数去掉低质量碱基,使用bwa(v0.7.17)与鸡基因组(GRCg 6a)进行比对,使用基因组分析工具包(GATK v3.8)过滤和筛选SNP,应用ANNOVA软件进行差异基因筛选和功能注释。结果:和田黑鸡群体黑色喙、杂色喙和黄色喙占比分别为56.6%、40.6%和2.8%,以黑色喙为主。和田黑鸡143个样本,共获得1418.16G Raw data,1395.94G clean data,Q20≥97.4%,Q30≥93.72%,GC含量≥42.06%,质控后共获得6,658,024个SNPs。和田黑鸡的SNPs在染色体上的分布相对均匀,1号和2号染色体密度最高;16号、30号、31号和32号染色体在所有区间SNP数量都很少。通过差异筛选和注释,我们发现NOX4、GRM5、TCF7L2和DGCR6基因可能是与和田黑鸡喙色差异密切相关的候选基因。讨论与结论:喙作为暴露在体外的皮肤组织,其颜色由表皮层的黑色素和类胡萝卜色两种色素的比例和含量决定,黑色素的沉积也会随年龄和暴露紫外线照射而增加。在驯化和自然选择的影响下,许多家禽品种的黑喙和黄喙性状比较稳定,如三黄鸡的黄喙和乌骨鸡的黑喙。为鉴定和田黑鸡喙颜色多样性与不同喙色相关的候选基因,对群体喙色表型差异进行GWAS分析,并注释到与喙色相关的NOX4、GRM5、TCF7L2和DGCR6差异基因。有研究表明,黑色素合成和代谢途径在喙部诱导黑色素沉积中起着至关重要的作用,而与黑色素合成和代谢途径相关的基因,如MC1R、TYR、TYRP1和TYRP2影响着黑色素的合成。NOX4基因编码的酶主要产生活性氧,在黑色素细胞中,活性氧会影响黑色素合成。TCF7L2是Wnt/β-catenin信号通路下游的关键转录因子,该通路对细胞命运决定、增殖和分化至关重要,也参与调控黑色素细胞的增殖和功能,激活Wnt/β-catenin信号可以促进黑色素生成。综合来看,NOX4和TCF7L2是影响喙色差异的潜在候选基因。但具体机制需要进一步的实验验证。本研究为理解可能影响和田黑鸡喙颜色多样性的遗传因素提供了见解,但还需要进一步的实验研究来强化这一假设。更多还原