猪毛色遗传的研究进展

nety 2007-7-1 18:34

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    白小青*1，2，王金勇2，郁枫1，程丰1
    （1．   西北农林科技大学动物科技学院，杨凌 712100；2．重庆市养猪科学研究院，荣昌  412460）
    摘要：本文概述了猪的毛色类型、猪的毛色遗传模式，着重综述了猪毛色基因的分子基础的研究进展，指出存在问题并就未来发展方向做了思考。
    关键词：猪；毛色；遗传
中图分类号：　　　　　　　文献标识码：　　　　　　文章编号：1671-7236（2005）00
    猪的毛色是品种的重要特征之一，尽管与经济性状的关系不大，但因其是一种可利用的遗传标记，在确定品种纯度和亲缘关系及确定杂交组合方面有一定作用，因而备受育种家的关注。Spillman[1]（1906）首次描述了猪的毛色。Wright[2]（1918）首次对哺乳动物的毛色做了全面的报道。随后，其他有关猪的毛色遗传的调研相继出现（Wentworth and Lush，1923，Kosswig and Ossent，1931，1932，1934；Smith et al.,1938）[3-7] 。然而，主要的实验资料集中在Hetzer[8-15]1945~1954年发表的8篇文章中。Searle[16]（1968）探讨了猪与其他哺乳动物在毛色遗传上的相似性。Ollivier and Sellier[17]（1982）在《猪遗传学》一书中用了一章的篇幅详尽地描述了猪的毛色遗传。Rempel and Marsh[18]（1990）关于猪的毛色遗传提出存在红色稀释和白头基因的假说。
    1　　猪的毛色类型及毛色形成的生物学基础
    猪的毛色可分为野生型、全黑、全红、多米诺黑点、黑红斑块、黑底白点、白色等几种类型。猪的各种毛色是黑色素在毛皮质和髓质中沉积的种类和数量不同造成的。黑色素有两种：真黑色素和褐黑色素。当沉积大量的真黑色素时，毛呈棕黑色或黑色；当沉积大量的褐黑色素时，毛呈红色。黄毛色是由于含黑素体少或黑素体内黑色素少。白色，是黑色素细胞少，黑素体内黑色素也少的缘故。
    两种黑色素的形成都与酪氨酸的氧化有关。酪氨酸经酪氨酸酶氧化为多巴，进一步氧化为多巴醌。多巴醌环化成无色多巴色，然后成为多巴色，重新排列并失去ＣＯ2成为５，６－二羟吲哚，后者氧化为吲哚－５，６－醌，最后氧化聚合为真黑色素。和真黑色素一样，褐黑色素也经酪氨酸酶两步氧化为多巴醌。然后半胱氨酸同多巴醌反应产生半胱氨酰多巴，后者经氧化、环化，再还原成为二氢苯并噻嗪。经尚未判明的氧化偶联过程转变成褐黑色素。
    2　　猪的毛色遗传模式
    猪的毛色遗传模式可归结为黑毛色完全显性、黑毛色不完全显性、白毛色完全显性、白毛色不完全显性、白毛色隐性遗传等多种模式。因为同一基因座位不同等位基因的显隐性作用因品种而异，多个基因座位又存在复杂的互作，因而其杂种后代往往呈现多种毛色类型，各种毛色的分离比例也不符合孟德尔的分离规律。
    3　　控制猪毛色遗传的基因座位及其遗传的分子基础
    猪的毛色虽然是质量性状，但其遗传基础复杂，至少涉及8个基因座位。
    （1）    野灰色位点（Agouti）
    Agouti基因座位编码Agouti 信号蛋白（ASIP）,该蛋白与α-MSH竟争性结合MC1R，决定黑色素形成的种类。Kijas J.等(1998) [19]用FSIH和体细胞杂交法将ASIP基因定位于17号染色体(17q21)，而后得到Kim[20]（2000）的验证。在A位点共发现4个等位基因：A——鼠灰色，背部有纵行地黄色条带，浅灰色腹部；AW——白色腹部；Ab——獾脸；a——非鼠灰色。尽管在一些红色猪种中可能存在野生型A等位基因,但是大部分家猪品种携带隐性非鼠灰色等位基因a,这已为大家普遍所接受。[1]
    Lush[21] (1921)进行的巴克夏×杜洛克的杂交试验,F2代出现浅腹野灰色。一些研究者还发现，曼格利察猪与其他家猪品种杂交的F1代小猪也呈现野生表型（Kosswig and Ossent，1931；Constantinescu，1933；Teodoreanu，1935）。Kosswig and Ossent（1931）提出假设：曼格利察猪群中A等位基因的高频分布，决定“保幼条带”的形成。但是，后来的研究者（Constantinescu，1933；Teodoreanu，1935；Hetzer ，1945）认为“保幼条带”是由位于两个不同基因座位的多个基因决定的。Leeb[22] 等（2000）利用9个猪品种ASIP基因的PAC克隆分离比较序列差异发现2个多态性位点。师科荣[23]（2003）在金华猪ASIP基因5‘非翻译区发现一个点突变，经分析认为该突变可能会影响蛋白质的翻译，是否影响毛色还有待进一步研究。
    （2）毛色扩展基因位点（E）
    毛色扩展基因位点(E)编码黑皮质素受体1(ＭＣ1Ｒ)。Pawelek[24]（1976）认为：促黑素细胞激素（MSH）与MC1R结合，通过cAMP信号通路活化酪氨酸酶，进而调节黑色素合成。Mariani等[25]（1996）通过连锁分析将毛色扩展基因位点定位在6号染色体的短臂末端。最初，Hetzer认为E座位包括三个等位基因：E（单一黑）、Ep（黑斑）、e（单一红）。E、Ep、e三者的等位性可从一系列杂交实验中得到（Kronacher，1924；Bunshall，1943；Rempel and Marsh，1990；Carr-Saunders，1922；Kosswig and Ossent，1931；Hetezer，1945b，c，d）。Hetezer（1946）确定了三者的显性顺序：E›Ep ›e。但是，Ep对e是不是完全显性还不能确定。
    通过梅山、大白、皮特兰间的杂交试验，Legault[26] (1997)得出结论：控制白毛的I位点对E位点呈上位效应,梅山猪、大白、皮特兰各自基因型分别为：iiEE，IIEPEP,iiEPEP。Kijas等[27] (1998)等根据ＭＣ1Ｒ序列分析,7个猪品种揭示了共4种变异体(ＭＣ1Ｒ1,ＭＣ1Ｒ2,ＭＣ1Ｒ3,ＭＣ1Ｒ4),相对应于5种不同的Ｅ等位基因(Ｅ+,ＥＤ1,ED2，Ｅｐ,ｅ)。7个猪种的序列分析表明:ＭＣ1Ｒ基因编码区总共有7个多态位点,并且所有的多态都是由单碱基替换所引起。翻译水平表明7个替换中有5个是非同义替换。欧洲野猪具有一个独特的ＭＣ1Ｒ等位基因(Ｅ+,对应的突变体为ＭＣ1Ｒ 1),这或许是野生型毛色表达的需要。显性黑毛色的猪有两个不同的ＭＣ1Ｒ等位基因(ＥＤ1、ＥＤ2,对应的变异体为ＭＣ1Ｒ2和ＭＣ1Ｒ3)：一种是在梅山猪和大黑猪中出现的为ＥＤ1 并且它们的ＭＣ1Ｒ基因序列分析发现这两个品种与野生型等位基因不同的是在翻译水平上发生两个同义替代和两个非同义替代;而在汉普夏猪中出现的定为ＥＤ2,只发生一个单一的错义突变,与野生型相比出现一个氨基酸的变化。在Ｅ座位上的显隐性关系为Ｅ(黑色)/ＥＰ(花色)/ｅ(红色)。据推测大白猪和皮特兰猪都是Ｅp等位基因的纯合子(对应于ＭＣ1Ｒ 3变异体),他们和由于ＥＤ2等位基因作用所引起的汉普夏猪中的黑色是连锁的。汉普夏猪、大白猪以及皮特兰猪在ＭＣ1Ｒ基因均发生了Ｇ→Ａ的突变。至于ＭＣ1Ｒ 3所对应的ＥＤ2和ＥＰ等位基因的遗传差异至今尚不清晰。ＭＣ1Ｒ 4的变异和显现红颜色的ｅ等位基因之间存在完全连锁,杜洛克猪发生两个碱基的替换,而且也发生两个氨基酸的变化(与野生型相比),杜洛克猪的第二个碱基的替换导致ＡｃｃⅡ限制性内切酶识别位点的丢失。邓素华[28]（2001）在乘县花猪MC1R位点发现一个新的等位基因ES。
    （3）    显性白位点（I）
    I基因座位编码一种跨膜的蛋白-----肥大细胞生长因子受体，其属于酪氨酸激酶受体家族。肥大细胞生长因子受体在特定的细胞（成黑色素细胞和黑色素细胞）中表达，对黑色素细胞的形成、成熟及增殖迁移有重要作用。Johansson等[29] (1992)将KIT基因定位于猪的8号染色体,与ALB(白蛋白)、PDGFRA(α血小板源生长因子受体)基因紧密连锁。Johansson Moller[30] (1996)用荧光原位杂交技术将其定位在猪的8号染色体短臂1.2区。在I位点除了I等位基因外,现还发现了Id、Ip、i等位基因,分别对应灰杂色、黑斑、正常毛色，其显性系列为I/Id/IP/i。Berge[31] (1961)还假设的im等位基因,它控制曼格利察猪的隐性白色,但另一些学者认为曼格利察猪的隐性白色是由于白化位点（C）的一个等位基因的作用。Elisbetta Giuffra [32]等（1999）研究表明：白带基因属于I座位，是I座位上的又一等位基因。
    Spillman[1]（1906）通过泰姆华斯与约克夏杂交试验,确认了白色对有色呈显性。Wright等[33] (1923)提出白色受单一显性基因控制的假说，而后被Hetzer(1945)证实。大白、长白等白色品种与黑色或黑白花品种如大黑、汉普夏、中国本地猪杂交后,后代通常出现黑皮斑(黑肤白毛),国外称为蓝斑(bluepatches),这个现象可能与E位点有关,即白色品种如大白、长白等在E位点大多是EpEp型,可以形成黑斑,另一种解释是iiEpEp基因型内发生了突变。Marklund等[33]（1998）详细报道了该位点分子水平的变异：i等位基因是正常的KIT基因，表达正常的KIT受体，黑色素细胞前体物能正常迁移和存活，表现正常毛色；Ip等位基因是双拷贝的KIT基因，增加了KIT基因的表达量，影响了KIT受体结合的配体的可利用性，扰乱了黑色素细胞前体物的正常迁移和存活，产生黑斑表型；I等位基因也是双拷贝的KIT基因。其中1个拷贝正常，另一拷贝发生了两种突变：内含子18缺失四碱基的调节突变，导致KIT基因表达失调；内含子17第一个核苷酸处发生G→A的剪接突变，导致外显子17的缺失。表达突变的KIT受体，黑色素细胞前体物不能正常迁移和存活，皮肤和毛囊无或有极少量的黑色素细胞，产生白毛色。
    （4）棕色位点（B）　
    B位点报道极少。 Lauvergne[34] (1982)认为Papua New Guinea猪中存在棕色变异。
    （5）白化(C)
    白化位点编码酪氨酸酶，后者是黑色素形成的关键酶，在黑色素形成中有重要作用。而且，酪氨酸基因发生功能突变，可导致动物白化，表现白毛色。Searle[35] (1968)认为曼格利察猪的污白色与白化位点C有关。Chowdhary [36]将猪的酪氨酸基因定位于9p1.2-1.4.Giuffra[37]（1999）发现不同猪品种间酪氨酸基因有多态，但并不与毛色相关。我们课题组正在对对此基因进行研究，目前已克隆部分序列。
    （6）稀释(D)位点
    Searle（1968）认为隐性的乌贼黑因子基因可能是稀释位点的成员。而Berge[31] (1961)将隐性乌贼黑表型归为A位点上的as的作用。 Rempel and Marsh（1990）提出在皮特兰猪中存在红色稀释基因。
    （7）白头或海福特(He)位点　
    白头（Rempel and Marsh，1990）与Smith等(1938)描述的白脸是同一特征。白头斑是单一显性等位基因作用的结果,在皮特兰的特定类群如Rosemont,Minnesota中,其基因频率高达0.92～0.98,而梅山×大白的F2代黑毛猪中,有白头斑的比例分别为9%和7%（M.F.Rothschild et al.,1999）。
    (8)红眼系列位点(P and R loci)
    目前这方面资料很少，只知道P and R loci位点可能存在汉普夏猪中，其作用是除了控制红眼外，还可能具有将黑色素稀释成乌贼黑的功能（Roberts and Krider，1949）[38]。
    5. 结束语
    综上所述，尽管关于猪的毛色遗传已经取得了上述进展，但目前仍然存在很多难以解释的毛色现象。对于一些位点的等位基因数目，还不明确。至于棕色（B）、白化(C)、稀释(D)和)红眼系列位点，了解更是很少。笔者认为，深入分析这些基因位点的等位基因与毛色的相关性及与其他各个毛色基因座位间的互作，这必将有助更清楚地了解猪毛色遗传的机理，从而设计出市场所需要的毛色猪种。