鸡单冠倒伏性状主效基因定位及功能研究

Chicken comb is one of the important traits in modern poultry breeding. The single comb is common and well-known in most chicken breeds, and lodging and upright phenotypes exists in most single comb chicken breeds，which are associated with beauty, growth and laying performance. Our previous researches suggested that the phenotype of lodging comb may be affected by several major genes and/or some genes with small genetic effects. In the present study, Huainan chicken with lodging and upright comb phenotypes will be used as experimental population and segregated families will be constructed to generated full-sib or half-sib progenies. Whole-genome resequencing and bioinformatics analyses will be carried out for genomic mapping of the major genes and identifying relevant causative mutations in lodging and upright individuals from 3 full-sib families. The genetic effect of the major genes will be investigated. Further experiments including quantitative PCR, western blotting, immunohistochemistry, and cell transfection will be conducted to unravel the biological functions of the major genes. The results of this study will elucidate the molecular mechanism of lodging comb and develop an accurate molecular method to identify this phenotype, which will contribute to the breeding against lodging comb phenotype and be of great help for genetic melioration in the single comb chicken breeding.

鸡冠是现代家禽育种中关注的重要性状之一。大部分鸡种为单冠，鸡冠倒伏和直立是存在于绝大多数单冠鸡种中的不同表现型，倒伏冠影响鸡的美观、生长发育和产蛋性能。申请人前期研究表明，鸡冠倒伏性状受若干主效基因控制，或还受众多微效基因的影响。本项目以鸡冠倒伏、直立性状分离明显的淮南麻黄鸡为试验材料，组建分离家系，获得全同胞或半同胞后代，选择3个全同胞家系中完全倒伏冠、直立冠个体进行全基因组重测序分析，对影响倒伏冠性状的主效基因进行基因组定位；筛选并确定与该性状相关的原因突变位点，并对主效基因的遗传效应进行研究；通过定量表达分析、western blotting、免疫组化、体外细胞转染实验对主效基因的功能进行研究。本研究结果将从分子水平上揭示单冠鸡种中鸡冠倒伏性状的遗传机制，并建立该性状的分子检测方法，为剔除单冠鸡种中倒伏冠个体提供分子手段，有助于对鸡冠性状进行遗传改良。

在单冠鸡品种中普遍存在鸡冠倒伏现象。鸡冠倒伏影响鸡视力，且在鸡冠倒伏处易发生感染影响鸡福利。此外，研究表明鸡冠直立与倒伏性状与鸡生产性能相关。然而，鸡冠倒伏形成的分子遗传机制还未揭示。为挖掘定位鸡冠倒伏性状的主效基因及开发鸡冠倒伏性状分子检测方法，本项目挑选典型倒伏冠公母鸡构建了25个分离家系，主要进行了以下几个方面的研究：（1）不同冠表型鸡冠发育规律及其与生产性能的关系（2）对完全倒伏冠、直立冠个体进行全基因组重测序分析，并结合不同冠型鸡冠组织RNA-seq结果筛选定位鸡冠倒伏性状的主效基因及突变位点，并进行群体验证（3）对所筛选出的主效基因进行western blotting、免疫组化以及过表达分析验证该基因的功能（4）针对筛选出的主效基因及突变位点，开发分子标记分型技术。试验结果表明：完全与部分倒伏冠公母鸡在性成熟时冠长与冠高要大于直立冠。倒伏冠公母鸡分别在青年期（12与16周）和产蛋初期（24周）较直立冠重。直立与倒伏冠型对产蛋性能有一定的影响，但是因品种而异。整合重测序及RNA-seq结果共筛选出AOX1, ADAMTSL3以及CD36三个倒伏冠候选基因。在这三个候选基因的外显子中未发现在不同冠形群体中频率差异显著的SNPs，然而在三个基因调控区中存在7个在两种冠表型中频率差异显著SNPs位点。对这个7个SNPs进一步的群体验证发现只有ADAMTSL3调空区（11479839(A/C)）突变在所有品种不同冠表型频率差异显著。免疫组化发现ADAMTSL3主要分布在鸡冠的真皮层的外围层和中间层，qPCR及western blotting表明ADAMTSL3 mRNA与蛋白在倒伏冠中表达上调。过表达该基因及突变位点能上调基质金属蛋白酶1（MMP1）的表达，进而促进胶原蛋白降解。此外，ADAMTSL3（11479839(A/C)）突变引入一个Nae I酶切位点，针对该位点我们开发了简易的直立与倒伏冠PCR-RFLP分型技术。本项目研究结果揭示了鸡冠倒伏性状的分子机制，可为鸡冠倒伏与直立性状的分子选育提供依据。

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