作者:Sarah C. Murphy et al 来源:Mobile DNA 发布时间:2018/8/30 14:03:30
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家犬皮毛黑灰色杂斑的遗传学分析

论文标题:Length variations within the Merle retrotransposon of canine PMEL: correlating genotype with phenotype

期刊:Mobile DNA

作者:Sarah C. Murphy et al

发表时间: 2018/8/3

数字识别码:10.1186/s13100-018-0131-6

原文链接:https://mobilednajournal.biomedcentral.com/articles/10.1186/s13100-018-0131-6?utm_source=Other_website&utm_medium=Website_links&utm_content=DaiDen-BMC-Mobile_DNA-Biodiversity-China&utm_campaign=AJL_USG_BSCN_DD_MDNA_PMEL

腊肠犬、大丹犬、牧羊犬等都是比较常见的身披黑灰斑纹“外套”的犬类,它们皮毛上的黑灰杂斑也往往图案各异。来自克莱姆森大学的研究者们从基因层面分析了这些不同的皮毛色斑之间的区别。

与其他家养动物类似,家犬的颜色和皮毛斑纹具有丰富的多样性。在物种驯化和品种形成的过程中,决定这些表现型的基因会受到强选择压力,这其中就包括色素沉积基因PMEL(也叫做SILV)。PMEL是一种存在于特化细胞器中的蛋白,与黑色和棕色色素的产生相关,会使得动物的毛发拥有不同的颜色。

黑灰色杂斑的遗传学分析

犬类PMEL基因中短分散核酸元件(Short INterspersed Nucleotide Element,SINE)的插入决定了一种特别的皮毛斑纹,即黑灰色杂斑(merle),这种斑纹只出现在家犬中。SINE是一种逆转录转座子,也是一种可移动的DNA元件,能够被复制粘贴到基因组中的其他位置。犬类中最常见的SINE长约200个碱基(bp),尾部有一连串的腺嘌呤。这个插入到PMEL中的SINE是在家犬祖先中发生的一次突变,并从这一祖先分化出具有这种表现型的不同品种,其中包括一些牧羊犬品种,如大丹犬和腊肠犬等。

标准的黑灰杂斑皮毛具有两个特点:浅色的基础色和随机分布的深色斑块。近年来,人们发现了两种黑灰杂斑的变型:浅色型和斑驳型(Harlequin)。浅色型整体皮毛颜色变浅,没有明显斑块。而斑驳型则拥有纯白的基础色和大块的深色斑块。

在这篇发表于Mobile DNA的文章中,研究者对浅色型和斑驳型黑灰杂斑家犬的PMEL进行了测序。结果显示,两种变型的不同仅存在于SINE尾部腺嘌呤的数量。他们将这部分区域叫做多聚胸腺嘧啶(oligo dT)。因为SINE插入是与PMEL反向的,导致插入的前端有一连串胸腺嘧啶。于是黑灰杂斑(M)SINE中有一段格外长且单一的多聚胸腺嘧啶。

图片来源:Thomas Messervy

理解皮毛颜色和色斑的变型

皮毛颜色变浅的程度很可能与SINE中的隐性剪切受体作用有关,导致PMEL蛋白异常。

更长的多聚胸腺嘧啶增加了选择性剪切和PMEL的变异程度,并使色素减少。

为了理解SINE可变区域(即多聚胸腺嘧啶)长度与黑灰杂斑皮毛生理学特点的关系,他们研究了259只黑灰杂斑的狗(基因型为杂合体Mm),发现了共36种不同长度的多聚胸腺嘧啶。其中长度最短的狗不具有黑灰杂斑表型,被称作隐藏型黑灰杂斑(因为它们的基因型确实是黑灰杂斑,但没有表现出来)。标准型黑灰杂斑的多聚胸腺嘧啶长度在78到86个碱基之间。浅色型的长度在隐藏型和标准型之间,而斑驳型拥有最长的多聚胸腺嘧啶(见上图。注:每一只狗的多聚胸腺嘧啶长度以数字形式标注在了基因型中。例:多聚胸腺嘧啶长度为79个碱基的标注为M79m)。

右下角的斑驳型表型图来自Janet Marakoopa

对黑灰斑纹的两个特点进行单独分析时,研究人员发现基础色的变浅和深色斑块的出现分别出现在特定的多聚胸腺嘧啶长度阈值中。皮毛基础色的变浅在56到66个碱基之间开始出现,之后随着长度增加而加强。对于多聚胸腺嘧啶长度长度大于87碱基的狗,其基础色都有一定程度甚至完全褪色的现象。

深色斑块在多聚胸腺嘧啶长度在75到78个碱基之间时开始出现。研究人员认为在发育过程中,这些长条基因会出现复制滑移,导致频繁而随机的基因裁切,稳定了隐藏型黑灰杂斑多聚胸腺嘧啶长度。一些体细胞中多聚胸腺嘧啶的长度被裁切回复成了隐藏型的长度,能够产生正常的PMEL蛋白,因此表现出了深色的斑块。

越长的多聚胸腺嘧啶稳定性越差,因此在发育中会经历更频繁、更早期的回复。有一些狗的深色斑块非常大,乍一看像非黑灰杂斑狗。而其他一些狗的体细胞回复到不同的多聚胸腺嘧啶长度,因此有大深色斑块和不同程度变浅的基础色。这种斑纹有时被称作花呢斑纹。体细胞回复后的多聚胸腺嘧啶的长度以括号进行标注(如狗的遗传基因为长度86个碱基,但若有体细胞裁切后回复到了45个碱基,则标注为M86m(M45))。

黑灰杂斑表型对狗主人和繁育者的影响

自发的多聚胸腺嘧啶长度变化也可以在生殖细胞形成时发生,例如一只标准型黑灰杂斑狗可以“意外地”生出浅色型或斑驳型幼犬。浅色型黑灰杂斑表型是灰色皮毛。而这种灰色皮毛是牧羊犬的一种隐性基因疾病—周期性中性粒细胞减少症—的典型特征。一旦幼犬确实得了这种疾病,就需要人道地进行安乐死。而斑驳型黑灰杂斑表型又类似另外一种普遍的皮毛花色——花斑色(piebald)。而在一些国家和犬俱乐部中,这种表型是被禁止的,因此这也会为繁育者带来一些麻烦。

尽管黑灰杂斑是一种很流行的狗皮毛花纹,但它也有很多争议。黑灰杂斑与黑灰杂斑进行配种可能会产生双显性基因的后代(MM)这种后代会有视觉(包括失明和先天性小眼球)和听觉缺陷。即使是黑灰杂斑与隐藏型黑灰杂斑交配,也可能出现这些缺陷。本文作者希望能够帮助繁育者认识到有很多黑灰杂斑的变异种并不符合标准型黑灰杂斑表型,也希望这种认识能减少一些有害交配和错误的分类。

摘要:

Background

The antisense insertion of a canine short interspersed element (SINEC_Cf) in the pigmentation gene PMEL (or SILV) causes a coat pattern phenotype in dogs termed merle. Merle is a semi-dominant trait characterized by patches of full pigmentation on a diluted background. The oligo(dT) tract of the Merle retrotransposon is long and uninterrupted and is prone to dramatic truncation. Phenotypically wild-type individuals carrying shorter oligo(dT) lengths of the Merle allele have been previously described and termed cryptic merles. Two additional coat patterns, dilute merle (uniform, steely-grey coat) and harlequin merle (white background with black patches), also appear in breeds segregating the Merle allele.

Results

Sequencing of all PMEL exons in a dilute and a harlequin merle reveals that variation exists solely within the oligo(dT) tract of the SINEC_Cf insertion. In fragment analyses from 259 dogs heterozygous for Merle, we observed a spectrum of oligo(dT) lengths spanning 25 to 105 base pairs (bp), with ranges that correspond to the four varieties of the merle phenotype: cryptic (25–55 bp), dilute (66–74 bp), standard (78–86 bp), and harlequin (81–105 bp). Somatic contractions of the oligo(dT) were observed in 43% of standard and 51% of harlequin merle dogs. A small proportion (4.6%) of the study cohort inherited de novo contractions or expansions of the Merle allele that resulted in dilute or harlequin coat patterns, respectively.

Conclusions

The phenotypic consequence of the Merle SINE insertion directly depends upon oligo(dT) length. In transcription, we propose that the use of an alternative splice site increases with oligo(dT) length, resulting in insufficient PMEL and a pigment dilution spectrum, from dark grey to complete hypopigmentation. We further propose that during replication, contractions and expansions increase in frequency with oligo(dT) length, causing coat variegation (somatic events in melanocytes) and the spontaneous appearance of varieties of the merle phenotype (germline events).

阅读论文原文,请访问

https://mobilednajournal.biomedcentral.com/articles/10.1186/s13100-018-0131-6?utm_source=Other_website&utm_medium=Website_links&utm_content=DaiDen-BMC-Mobile_DNA-Biodiversity-China&utm_campaign=AJL_USG_BSCN_DD_MDNA_PMEL

期刊介绍:Mobile DNA is an open access, peer-reviewed journal that publishes articles providing novel insights into DNA rearrangements in all organisms, ranging from transposition and other types of recombination mechanisms to patterns and processes of mobile element and host genome evolution. In addition, the journal will consider articles on the utility of mobile genetic elements in biotechnological methods and protocols.

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(来源:科学网)

 
 
 
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