中国农大PLOS Genet发表遗传学成果

6月2日，国际著名遗传学期刊《PLOS Genetics》在线刊登了中国农业大学的一项研究成果。这项研究提供另外一种例子证实，基因组中的结构性变异如何在驯化动物中引起一种新的、派生的表型变化，并表明HOXB8基因在羽毛发育中发挥一个重要的作用。

　　

生物通报道：6月2日，国际著名遗传学期刊《PLOS Genetics》在线刊登了中国农业大学的一项研究成果，题为“A Complex Structural Variation on Chromosome 27 Leads to the Ectopic Expression of HOXB8 and the Muffs and Beard Phenotype in Chickens”。这项研究提供另外一种例子证实，基因组中的结构性变异如何在驯化动物中引起一种新的、派生的表型变化，并表明HOXB8基因在羽毛发育中发挥一个重要的作用。

本文通讯作者是中国农业大学生物学院的胡晓湘教授。另外，瑞典农业科学大学、广东省农科院动物科学研究所和中国农科院动物科学研究所，也是这项研究的共同参与单位。

几千年来，驯养的动物已经经历了自然选择和人工选择的组合，并在此过程中积累了大量的表型变化。由此在家养动物中产生的遗传和表型多样性，对于我们进一步理解基因在发育和疾病抗性中的作用，提供了一个很好的基础。羽毛是一种复杂的皮肤附属物，是对鸟类功能（例如飞行、通讯、防水盒调节体温）至关重要的一个性能特点。它是由羽毛叶片、轴、倒刺和羽根等组成的，所有这一切在数量、大小和形状上都存在差异。这种差异可导致不同类型羽毛的各种分支模式。由于结构多样性及其层次发展，羽毛一直是发育生物学和遗传学研究中的一个重要课题。

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鸡是遗传学研究的一种有吸引力的鸟类物种，因为其丰富的遗传和表型多样性以及可用的基因组资源。鸡的一些关键特征，包括其在粮食生产中的经济重要性，类似人类的疾病，以及胚胎的可操纵性，都推动了农业、医学和基础生物学一些重要的课题。在驯化后，鸡中的自发突变可导致各种表型变化，如Crest (Cr)、Naked neck (Nc)、Scaleless (Sc)、Frizzle (Fr)、Silky (H)、Ear tufts (Et) 、Ptilopody或feathered shank (Pti)、Vulture hocks (Vh)和Muffs and beard (Mb)。直到现在，已经确定了这些表型变化背后的一些突变。根据已知遗传学原因的变异，很明显小的遗传变化往往会导致显著的表型差异。然而，其背后的遗传机制仍然未知，因此提供了一种优秀的模型来研究羽毛发育和分化的基本原理。

在家畜中，最近已有研究确定，越来越多的结构性变化（SVs）与表型变化有关。在鸡中一个有趣的典型例子是，三种鸡冠变体（Rose-comb, Pea-comb, and Duplex-comb）的分子结构的详细查究，它们都是由基因组中的SVs控制的，而不是单个核苷酸变化。Rose-comb是由一个诱导MNR2瞬时异位表达的大倒置引起的。Pea-comb起因于SOX5的内含子1中的大量扩增事件，从而导致其在间叶细胞中的异位表达，因此形成了特殊的鸡冠。Duplex-comb突变是包含几个保守的假定调控元件的串联重复。所有这些都表明，SV可作为表型多样性和发育缺陷的一个主要触发因子。

这项研究探讨了鸡中Muffs和须状羽毛（beard）表型 (Mb) 的遗传学。虽然此前已有研究证实，它是一个单位点的、常染色体的、不完全显性的特征，但是因果变异仍然是未知的。世界上有几个品种的鸡显示出这个特别的羽毛表型。在这项研究中，研究人员发现，引起鸡Mb表型的Mb等位基因，是由鸡染色体27（GGA27）上三个区域重复造成的一个结构性突变，在那里，其中两个区域已被易位并插入第一个重复的串联重复之间。

研究人员还证实，这种结构性重组可导致HOXB8在面部皮肤中的异位表达改变，从而使其成为表征Mb表型的长羽毛出现的可能机制。

（生物通：王英）

生物通推荐原文摘要：
A Complex Structural Variation on Chromosome 27 Leads to the Ectopic Expression of HOXB8 and the Muffs and Beard Phenotype in Chickens
Abstract: Muffs and beard (Mb) is a phenotype in chickens where groups of elongated feathers gather from both sides of the face (muffs) and below the beak (beard). It is an autosomal, incomplete dominant phenotype encoded by the Muffs and beard (Mb) locus. Here we use genome-wide association (GWA) analysis, linkage analysis, Identity-by-Descent (IBD) mapping, array-CGH, genome re-sequencing and expression analysis to show that the Mb allele causing the Mb phenotype is a derived allele where a complex structural variation (SV) on GGA27 leads to an altered expression of the gene HOXB8. This Mb allele was shown to be completely associated with the Mb phenotype in nine other independent Mb chicken breeds. The Mb allele differs from the wild-type mb allele by three duplications, one in tandem and two that are translocated to that of the tandem repeat around 1.70 Mb on GGA27. The duplications contain total seven annotated genes and their expression was tested during distinct stages of Mb morphogenesis. A continuous high ectopic expression of HOXB8 was found in the facial skin of Mb chickens, strongly suggesting that HOXB8 directs this regional feather-development. In conclusion, our results provide an interesting example of how genomic structural rearrangements alter the regulation of genes leading to novel phenotypes. Further, it again illustrates the value of utilizing derived phenotypes in domestic animals to dissect the genetic basis of developmental traits, herein providing novel insights into the likely role of HOXB8 in feather development and differentiation.