X连锁ARHGAP36基因缺失驱动家猫玳瑁色与三花猫橙色毛色的分子机制解析

这篇突破性研究首次揭示家猫X染色体上ARHGAP36基因内含子区5.1 kb缺失（Δ）是决定橙色毛表型（O）的关键遗传变异。通过全基因组测序（WGS）和表观遗传分析，证实该缺失通过移除超保守调控元件（UCE）改变基因表达模式，导致黑色素合成通路（melanogenesis）中酪氨酸酶家族基因（TYR/TYRP1/DCT）下调，促使真黑素（eumelanin）向伪黑素（pheomelanin）转换。研究还通过DNA甲基化分析验证了该基因受随机X染色体失活（XCI）调控，为Lyon假说提供了分子证据。

　　

X连锁ARHGAP36基因座缺失与家猫橙色毛色的关联机制

Highlights
• 首次鉴定X连锁ARHGAP36基因作为家猫橙色毛色的决定性遗传因子
• 5.1 kb内含子缺失通过移除进化保守的调控元件，导致基因表达异常
• 该基因表达与黑色素合成通路关键酶（TYR/TYRP1/DCT等）呈显著负相关
• DNA甲基化谱证实其受随机X染色体失活（XCI）调控

系统性筛选揭示关键遗传变异
通过比较18只家猫（8只三花猫、1只玳瑁猫和8只非橙色猫）的全基因组数据，在X染色体1.5 Mb候选区域内锁定ARHGAP36基因第一内含子的5,076 nt缺失（109,186,183-109,191,258）。该缺失在全部58只橙色毛猫中呈现100%关联性，包含13只杂合子玳瑁猫和2只纯合子橙色雌猫。深度分析发现缺失区内含436 nt超保守序列（UCE-like），人类同源区域在ENCODE数据库中被注释为神经母细胞瘤中GATA2/3和RCOR1等转录因子的结合位点。

基因表达与黑色素通路的负调控
RNA-seq数据显示，ARHGAP36在橙色毛皮肤区域特异性高表达（FPKM>10），其表达水平与17个黑色素合成通路基因（如WNT10B/ADCY7/LEF1）呈显著负相关。值得注意的是，真黑素合成关键酶TYRP1和DCT在橙色区域表达量下降5倍以上，而伪黑素合成未受影响，表明该基因通过抑制真黑素生成实现毛色转换。

X染色体失活的表观遗传证据
通过重分析小鼠胚胎成纤维细胞（MEFs）RNA-seq数据，发现Arhgap36转录本仅来自活性X染色体（X^B6-ΔA）。全基因组甲基化测序（WGBS）显示，雌猫X连锁启动子区CpG岛（CGI）甲基化水平（26.3%-31.2%）显著高于雄猫（3.5%）。在杂合子玳瑁猫中，ARHGAP36的CGI#1区域呈现等位基因平衡甲基化（~50%），符合随机XCI特征。

跨物种比较与单一起源假说
尽管金黄仓鼠X连锁Sly基因也控制橙色毛色，但比较基因组学证实其与猫ARHGAP36位于不同染色体区段。对258只全球分布家猫的分析显示，所有携带该缺失的个体（n=61）均共享上游0.5 kb处连锁SNP（109,185,709 C>T），支持橙色表型单一起源学说，反驳了早期微卫星标记研究提出的多起源假说。

讨论与展望
该研究破解了困扰学界60余年的家猫毛色遗传之谜，为Lyon假说提供了分子层面验证。ARHGAP36作为非典型RhoGAP蛋白，可能通过抑制蛋白激酶A（PKA）催化亚基的泛素化降解，间接调控MC1R信号通路。未来利用猫诱导多能干细胞（iPS）分化为黑色素细胞，将有助于解析该基因在毛囊周期中的精确调控机制。研究还提示ARHGAP36可能成为人类X连锁Bazex-Dupré-Christol综合征（BDCS）的新型候选基因。