MITF基因内含子区InDel变异调控鸭喙色形成的分子机制与标记筛选研究

本研究针对鸭喙色遗传机制不清的问题，通过全基因组关联分析（GWAS）和选择信号分析，发现MITF基因内含子区1-bp插入突变（InDel-4）与喙色表型显著相关，为鸭育种提供了可无需测序的分子标记，对家禽色素沉积研究和种质资源保护具有重要价值。

　　

鸭喙色作为家禽重要的外观性状，直接影响品种的经济价值和市场认可度。尽管此前研究已发现若干与鸭喙色相关的单核苷酸多态性（SNP），但这些点突变往往难以完全解释表型变异，尤其是对于黑喙和黄喙这两种极端表型。色素沉积是一个复杂的生物学过程，涉及黑色素合成、黑素体迁移和沉积等多个环节，其中小眼畸形相关转录因子（Microphthalmia-associated transcription factor, MITF）作为调控酪氨酸酶（TYR）和酪氨酸酶相关蛋白（TYRP1、DCT）的关键因子，在黑色素生成中扮演核心角色。然而，鸭喙色形成的遗传机制尚未完全阐明，特别是结构变异（如插入/缺失，InDel）是否参与调控仍缺乏系统研究。

为解决这一问题，扬州大学研究团队在《Poultry Science》上发表论文，通过整合全基因组关联分析（Genome-Wide Association Study, GWAS）和基因组选择信号分析，深入探究了与鸭喙色相关的InDel变异及其分子机制。研究利用润州白顶鸭F₂群体（308只）进行GWAS，同时以黑喙鸭（H1、H2、H3、HF系）和黄喙鸭（樱桃谷鸭CV和白羽莆田黑鸭E系）为材料，通过F_ST和θπ联合分析验证候选变异，并采用PCR扩增和RT-qPCR技术进行基因分型和表达验证。

主要技术方法包括：全基因组重测序（Illumina HiSeq PE150平台）、InDel检测（GATK UnifiedGenotyper）、群体结构分析（STRUCTURE软件）、GWAS分析（EMMAX线性混合模型）、选择信号分析（滑动窗口法计算F_ST和θπ）、PCR扩增与测序、实时荧光定量PCR（RT-qPCR）以及连锁不平衡（LD）分析（Haploview软件）。

基因分型统计与群体结构分析

通过对F₂群体进行重测序，共检测到401,276个变异位点，平均密度为331.0878 InDels/Mb。群体结构分析显示，当K=4时基因型与表型高度一致，主成分分析（PCA）表明黑喙个体与黄喙个体可明显区分。

喙色的全基因组关联分析

GWAS分析发现，染色体10和11上存在显著关联的InDel位点，共涉及61个基因。经GO和KEGG富集分析，最终筛选出MITF基因内含子区的2个InDel作为候选变异（Indel1和Indel2）。

群体结构与主成分分析

对6个自然群体（61只鸭）的重测序数据进行分析，确认黑喙鸭与黄喙鸭在遗传结构上存在显著分化，PCA结果进一步支持喙色表型与遗传背景的相关性。

喙色的基因组选择信号分析

通过F_ST和θπ联合分析，筛选出2520个受选择窗口，对应346个基因。其中8个基因（WNT3、ADCY5、DVL1、MITF、WNT7A、GNAI3、DCT、MC1R）与黑色素合成通路密切相关。MITF基因的F_ST值和θπ差异最为显著，提示其受强烈选择。

MITF基因位点筛选

在MITF基因内含子区鉴定出4个极端差异InDel（Indel-1至Indel-4），LD分析显示这些位点高度连锁。其中Indel-4（chr10:17829988, G/GA）在GWAS和选择信号分析中均被显著筛选。

MITF候选位点的验证

基因分型显示，所有黄喙鸭均为Indel-4的纯合突变型（AA），而黑喙鸭（H系）均为野生型（RR）。润州白顶鸭和连城白鸭中突变等位基因（A）频率显著低于黄喙鸭（p<0.001）。RT-qPCR结果表明，黑喙鸭（H2系）喙组织MITF表达量显著高于黄喙鸭（CV系）（p<0.001），提示Indel-4可能通过影响MITF表达调控喙色。

研究结论表明，MITF是调控鸭喙色形成的关键基因，其内含子区1-bp插入突变（InDel-4）与喙色表型高度相关，可作为区分黑喙与黄喙鸭的分子标记。该发现不仅为鸭育种提供了无需测序的便捷检测手段，也为家禽色素沉积的遗传机制研究提供了新视角。讨论部分进一步指出，InDel标记因其长度多态性更易于检测，在育种实践中具有比SNP更高的应用潜力。此外，MITF通过调控下游黑色素合成基因（如DCT、TYR）的表达影响喙色，但其内含子变异影响基因表达的具体机制仍需进一步研究。