鸭13号染色体上黑白羽变异性状主效基因的精细定位及其功能研究

Plumage color is an important characteristic of duck which as a breeding focus. However, it is still unclear that the position and genetic variation of the gene which regulate the plumage color of duck. In the previous study, we identify selection region of different plumage color ducks by selective sweep. The results indicated that there has been a strong population differentiation signal at the 15.5Mb-18.6Mb of chromosome 13 in duck. It is suggested that the driver genes which affecting the variation of duck black feather and white feather are most likely to be located in this region. On the basis of this study, the F2 resource population with the segregation of black feather-white feather traits was selected as materials, and the major genes and mutations are to be identified by targeted resequencing, selective sweep and population association analysis. Meanwhile, it is verified that the regulatory function of the major gene and mutation site at cell and individual levels. The purpose of this project is to provide new insights into the further study of the molecular mechanism of duck feather color character formation, and providing new clues to the phenotype breeding of duck plumage color.

羽色既是鸭品种的重要特征，也是鸭育种的研究重点之一。然而，目前对控制鸭羽色的基因座的定位和遗传变异仍不够清晰。申请人前期以白羽鸭为观测群体，黑羽鸭为参照群体，采用选择性清扫方法分析不同羽色家系鸭SNP数据，发现在鸭13号染色体15.5Mb-18.6Mb区域存在很强的群体分化信号，推测影响鸭黑羽-白羽性状变异的主效基因极有可能位于该区域内。本项目拟在此基础上利用已构建的黑羽-白羽性状分离的F2资源群体为研究对象，结合区域捕获重测序、选择性清扫、群体关联分析等方法精细定位该区域内的主效基因及突变位点，同时从细胞和个体水平进一步验证主效基因及因果突变的调控功能。本项目预期成果为深入研究鸭羽色性状形成的分子机理提供新思路，也为鸭羽色表型的选育提供依据和新线索。

羽色是家禽一种重要的遗传标记，在利用地方鸭进行遗传育种时存在羽色改变及稳定遗传的问题，这时就需要羽色遗传规律的基础知识的指导。本项目利用莆田黑鸭黑羽和白羽品系的杂交，获得黑-白羽性状分离的F2代资源群体，挖掘影响莆田黑鸭羽色变异的主效基因，并对该基因进行深入研究。相关结果如下：.（1）莆田黑鸭和莆田白鸭杂交实验表明：在莆田黑鸭和莆田白鸭中，黑羽为显性性状，受单基因控制，且控制羽色基因位于常染色体上。.（2）对F2代资源群体进行重测序和GWAS分析，定位结果主要集中在13号染色体上，对该区域的1393个SNP进行注释，获得66个候选基因，对获得的候选基因进行GO富集分析，定位到2个色素细胞分化相关基因，其中一个还与黑素细胞分化相关（MITF基因）。.（3）结合转录组测序数据，发现MITF基因仅在黑羽毛囊中表达，在白羽毛囊中不表达。通过同源比对及分析，获得鸭MITF基因启动子序列，并在线预测CpG岛。采用亚硫酸氢盐测序技术检测鸭MITF基因启动子甲基化程度，发现2个CpG岛均处于高甲基化水平。黑羽毛囊中CpG岛总甲基化水平显著低于白羽毛囊组（P<0.05）；将MITF基因表达量与启动子CpG岛甲基化进行关联分析，发现CpG岛总甲基化水平与MITF基因mRNA相对表达量呈显著性负相关（P<0.05）。.（4）利用Sanger测序在鸭MITF基因中发现4个SNP位点，采用PCR-RFLP技术在群体中对4个SNP位点进行酶切分型，并与羽色进行关联分析，发现4个突变位点在黑羽和白羽群体中的分布差异均极显著（P<0.01）。.本项目明确了引起莆田黑鸭黑白羽变异的主效基因为MITF基因，该结果为深入研究鸭羽色性状形成的分子机理提供新思路，也为鸭羽色表型的选育提供依据和新线索。

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