鸭不同羽色毛囊组织差异表达基因转录组测序分析

摘要

羽色作为鸭(Anas platyrhynchos)的重要经济性状和品种特征,有着重要的研究意义,但其遗传机制尚不明确.为研究鸭不同羽色毛囊组织转录组差异、丰富鸭毛囊转录组数据信息,本研究选用'连城白鸭'与'樱桃谷鸭'杂交F1代花色羽鸭4羽(取每羽鸭背部黑色羽毛和腹部白色羽毛,共8个样品),利用二代测序分析了同1个体不同羽色毛囊组织的转录组特征.本研究共获得449067116个高质量数据,总碱基数目为67.36 Gb,每个样本均获得了7.4 Gb以上的碱基,8个样品平均GC含量为52％,碱基测序错误率低于1％(Q20)的数据均在96.73％以上,其中平均73.94％的高质量数据可比对到鸭参考基因组上.对两种羽色毛囊组织转录组进行比较,发现有231个差异表达基因,其中相较于白羽毛囊组织而言,黑色毛囊组织中上调基因有175个,下调基因有56个,包括与黑色素合成过程相关的基因,如酪氨酸相关蛋白1基因(tyrosinase-related protein1,TYRP1)、酪氨酸酶基因(tyrosinase,TYR)、干细胞因子受体基因(stem cell factor receptor,KIT)、溶质载体45家族第2成员基因(solute carrier family 45 member 2,SLC45A2)、黑素亲和素基因(melanophilin,MLPH)、黑色素A基因(melan-A,MLANA)、多巴色素异构酶基因(dopachrome tautomerase,DCT/TYRP2)、瞬时受体势M亚基1基因(transient receptor potential cation channel subfamily M member 1,TRPM1)、眼皮肤白化病Ⅱ型基因(oculocutaneous albinism typeⅡ,OCA2)、SOX基因家族第10成员(SOX gene family member 10,SOX10)等,且这些基因在黑色羽毛毛囊中表达量要显著高于在白色毛囊中表达量.基因本体(Gene Ontology,GO)分析发现19个差异基因显著富集于8个GO term,包括G蛋白偶联受体信号通路、跨膜受体活性、分子传感器活性等;KEGG通路分析表明3个通路显著富集,包括神经活性配体-受体相互作用、酪氨酸代谢和黑色素合成通路,其中黑色素合成通路和酪氨酸代谢通路与鸭羽毛颜色形成密切相关,参与黑色素合成通路的有TYRP1、TYR、KIT、DCT等5个差异表达基因,参与酪氨酸代谢通路的基因有TYRP1、TYR、DCT.经qRT-PCR验证,基因表达变化模式与转录组测序结果一致,表明测序结果准确.研究结果提示鸭羽毛毛囊中TYRP1、TYR、KIT、DCT、SLC45A2、TRPM1、MLANA、MLPH、SOX10、OCA2等基因的下调可能是造成鸭白羽的原因之一,揭示了酪氨酸代谢和黑色素合成信号通路在鸭羽毛颜色表型形成中发挥了重要作用.本研究为鸭毛囊组织基因表达谱提供了新的信息,为探究鸭羽色性状的遗传机制及分子标记育种提供了基础材料.