【科研新进展】(18)我校专家在《自然-通讯》发表文章 成功定位并解析北京鸭体格大小及羽色的主效基因

来源:党委宣传部 | 作者:李晓春 | 发布日期:2018-07-18 | 阅读次数:

  我校动科学院姜雨教授团队与中国农业科学院北京畜牧兽医研究所合作,历经三年研究,在北京鸭重要经济性状遗传机制解析上取得重要进展,成功定位并解析北京鸭体格大小及羽色的主效基因。相关研究成果“基于杂交群体研究揭示北京鸭体格大小及羽色相关基因(An intercross population study reveals genes associated with body size and plumage color in ducks)”,7月17日在自然子刊《自然-通讯》在线发表,并被列为该期刊当期亮点推荐论文。

  中国农业科学院北京畜牧兽医研究所周正奎副研究员、我校博士生李鸣、程红、北京畜牧兽医研究所博士生凡文磊、北京林业大学袁峥嵘副教授为共同第一作者,我校姜雨教授和北京畜牧兽医研究所侯水生研究员为共同通讯作者。

  北京鸭是世界著名家禽品种,其羽毛洁白,生长速度快,42天即可出栏上市,成年个体体态健硕,体重约3.5千克,相比野鸭或地方品种大2到3倍。凭借其杰出的生产性能,成为全球肉鸭行业的主导品种,更是驰名中外的北京烤鸭的原料。

  为系统解析北京鸭在品种改良过程的基因组变异机制,研究人员采用远缘杂交方法,构建了大规模绿头野鸭与北京鸭的杂交后代群体,并启动了“千鸭X组”计划,运用多组学技术,对1026只杂交二代个体及其祖代亲本(40只绿头野鸭、30只北京鸭)进行全基因组关联分析和表达数量性状基因座分析,最终成功定位了体格大小和羽色两个关键经济性状的主效基因。

  深入研究分析表明,杂交后代群体羽色分化由单个基因决定,完全符合孟德尔遗传定律。正是由于一个6.6 kb的大片段序列插入到MITF基因中,导致其负责黑色素合成的转录本被完全抑制表达,黑色素合成途径被关闭,从而形成了北京鸭洁白的羽毛。更重要的是,该研究鉴定出导致北京鸭体格变大的主效基因IGF2BP1,在相同饲养时间内,该突变型可以多增加15%的体重,同时饲料转化率提高6%。该基因原来是在胚胎期发挥促进生长作用,而北京鸭在被选育过程中,其远程增强子上产生了一个自然突变,致使该基因在北京鸭出壳后仍持续表达,饲料利用效率的提高致使其体格变大。

  研究表明,IGF2BP1这一调控体格大小的通路和方式在各类畜禽中广泛存在,可将这一远程变异调控IGF2BP1持续表达的机制引入其它品种乃至其他畜禽,为进行其他畜禽品种改良提供了可能性。此项研究从方法论角度为系统解析动植物品种改良机制提供了经典范例,并为畜禽分子育种提供了理论基础。

  此外,通过对绿头野鸭、北京鸭和12个代表性地方品种家鸭的群体遗传学分析发现,中国家鸭大约在1500年前由绿头野鸭驯化而来,而北京鸭则是约700年前由南方家鸭持续定向培育的品种,这一结论为南方白色湖鸭在明朝迁都时期由大运河漕运至北京,并最终培育为北京鸭的假说提供了强有力的证据。

  该研究得到国家自然科学基金、中组部千人计划、国家水禽产业技术体系、中国农业科学院科技创新工程、国家科技支撑计划项目的共同资助,以及校高性能计算平台的支持。


图1 北京鸭的起源 a.采样分布,b.主成份分析,c.聚类树,d.北京鸭与地方品种的分化时间推断


图2 北京鸭羽色白化的遗传机制 a.羽毛颜色GWAS分析,b.MITF基因的6.6kb插入位置,c.MITF是黑色素合成的开关基因


图3 IGF2BP1基因使体格增大。a.野鸭×北京鸭F2资源群体IGF2BP1三种基因型对应的体重分布图,b.F2群体体重GWAS和QTL分析,c.IGF2BP1基因在出生后持续广泛表达。

  全文链接:http://www.nature.com/articles/s41467-018-04868-4


编辑:张晴     终审:闫祖书