黑色素皮質(zhì)素受體1（MC1R）基因與鳥類羽色

杜曉明　申惠敏

（長治市畜牧獸醫(yī)檢驗檢測中心，山西長治　046000）

黑色素皮質(zhì)素受體1（MC1R）基因與鳥類羽色

杜曉明申惠敏

（長治市畜牧獸醫(yī)檢驗檢測中心，山西長治046000）

鳥類羽色的表型跟黑色素皮質(zhì)素受體1位點有很大關系，即MCIR（Melanocortin Receptor1，MC1R）。其位點基因不同，羽色也有一定的差異。本文將對MCIR基因的定位、突變、作用機理等做出相關內(nèi)容闡述，并對其研究方向提出相關意見。

鳥類羽色黑色素皮質(zhì)激素受體1

由于鳥類中黑色素種類和分布不同，導致鳥類羽毛種類也多種多樣。黑色素主要分為棕黑色素和真黑色素2種。其中棕黑色素呈紅色和黃色，是一種可溶于堿的顆粒，而真黑色素又包括黑色、褐色2種，相對于棕黑色素來說不易溶于堿。通過實驗發(fā)現(xiàn)牛、馬、豬、雞等動物的“擴展位點E”和“鼠灰色位點A”跟2種色素合成的分布、數(shù)量有很大關系，其中鼠灰色位點A僅對鳥類毛囊周圍有所影響，根據(jù)空間、時間上來具體決定真黑色素合成情況；而在拓展為點E上的MCIR基因則與毛色有很大的關系。本文對MCIR基因做出以下介紹：

1　對羽色的決定作用

黑色素皮質(zhì)激素受體形式較多，在不同細胞上所發(fā)揮作用也有所不同，比如在腎上腺皮質(zhì)細胞、黑色素細胞或者免疫系統(tǒng)中都有不同特點。一般將存在于黑色素細胞中的黑色素皮質(zhì)激素受體稱為“黑色素皮質(zhì)激素1（MC1R）”，又稱“促黑素細胞激素受體（MSHR）”。Robbins 等人測定了E座位上攜帶不同等位基因的小鼠的MC1R基因，該基因序列和所編碼受體的藥理學特性與E座位保持一致，從而證實了E座位編碼MC1R，淺黑色（Eso-3j）鼠在第二功能域處（第274個核苷酸位置）有一點突變，產(chǎn)生組成型活性受體；煙色（ETOB）鼠該基因在第一環(huán)處（第206個核苷酸位置）有一點突變，產(chǎn)生了過度活性受體。栗色馬的MC1R基因在第83個密碼子處（第二跨膜功能域內(nèi)）發(fā)生有錯交突變，苯丙氨酸代替了絲氨酸。有關牛上E等位基因、動物毛色變化之間的關系也有相關內(nèi)容報道。1996年Takeuchi等人第一次克隆成功雞的MC1R基因，而且證明了MCIR基因被Extendeds black［E］位點編碼。不久發(fā)現(xiàn)雞MCIR基因不同，所影響雞的羽色也有所差異，并對雞、鼠的相同MCIR基因突變做出相關探究，發(fā)現(xiàn)所對應的色素變異也有所改變，從而大膽推測雞、哺乳動物之間基因調(diào)節(jié)機制大體類似。Theron等人發(fā)現(xiàn)鵪鶉MCIR基因突變于雞類MCIR基因較為相似，而Kerje等人通過研究也發(fā)現(xiàn) MC1R基因突變與雞羽色變化有很大關系。這對基因研究結果又充分證實了這一說明，即MCIR基因對羽色變化、色素合成有很大的關系。

2　突變與表型

通過對小鼠遺傳學研究發(fā)現(xiàn)，MC1R是獨特的、雙功能控制受體。它由a-促黑色素皮質(zhì)素激活，其拮抗物為Agouti蛋白，這兩方面影響導致哺乳動物表皮顏色發(fā)生了一定變化。隨著近幾年基因工程的不斷發(fā)展，對MCIR基因研究也有了一定了解，通過動物基因研究也發(fā)現(xiàn)了很多MCIR基因突變現(xiàn)象。而MCIR基因突變也使機體缺失了一部分功能，比如紅色豚鼠沒有MCIR基因，表皮顏色很難再發(fā)生變化?；蛘呒t色幾內(nèi)亞豬沒有MC1R基因，無形中使機體一個蛋白質(zhì)失去活性。而黑白花牛MC1R基因缺失，則使其喪失了皮膚變紅的功能。紅色Norwegian牛和Holstein牛中發(fā)現(xiàn)相同堿基的變化，這也有可能說明引起基因突變的原因可能較為類似。不過也有部分動物毛色與MCIR基因沒有多大關系，比如紅色狐貍，推測可能狐貍毛色與某些活性蛋白突變有很大關系。

MC1R基因與雞羽毛顏色變化有很大關系。比如Thr71Met和 Lys92Glu屬于黑色Rock Cornish雞的一種變異現(xiàn)象，可初步判斷第二跨膜區(qū)的Lys92Glu、Rock Cornish雞的黑色素兩者之間有很大關系；黑色素氨基酸也由于Lys92Glu發(fā)生了相應變化。

Takeuchi 等發(fā)現(xiàn)雞MC1R 基因第 92 位（E/K）的氨基酸突變的存在，對應全黑的羽色，另外第 33 位（C/Y）和第 244 位（L/ P）的突變導致雞全身一致的紅-黃羽色。Theron 等檢測 4 種野生鵪鶉中的MC1R 基因多態(tài)時發(fā)現(xiàn)，第92 位 E/K 在全黑羽色鳥的MC1R 基因中至少有一個等位基因，而全黃羽鳥的MC1R 基因中沒有檢測到此等位基因。

3　定位與多肽檢測

已對豬的MC1R基因完成定位，通過PCR-RFLP技術可檢測不同品種、不同皮色的豬群的基因。Mariani等人構建了豬的6號染色體圖譜，經(jīng)圖譜分析，將毛色擴展座位E定位在6號染色體的短臂末端，靠近端粒取。Takeuchi S 等確定了雞的 Extendeds black（E）位點為 MC1R 的編碼基因。雞的 MC1R 位于 11 號染色體上，有 314 個氨基酸，與哺乳動物在 64%的序列上的同源，并且發(fā)現(xiàn)在鼠中一個引起 MC1R 組成型活性突變，導致全黑毛色的Somber-3J 鼠的 MC1R 的 GIu92Lys 突變在雞中也存在，并且也對應全黑的羽色。根據(jù)MCIR在雞、鼠中的相同色素合成表現(xiàn)，大致推斷MCIR基因功能調(diào)節(jié)在雞和哺乳動物中是相同的。Theron E 等檢測了四種野生 Bananaguits（香蕉鶴鶉）中的 MC1R 位點的多態(tài)時發(fā)現(xiàn)：一個錯義突變 GIu92Lys 在全黑羽色鳥的 MC1R 基因中至少有一個等位位點，而在全黃羽色的鳥的 MC1R 基因中沒有檢測到此等位位點。這種方法在雞、鼠中實現(xiàn)所引起的毛色、羽色變化是相同的，即基因對毛色、羽色均有所控制和影響。

4　作用機理

通過基因研究發(fā)現(xiàn)，MCIR基因與擴展位點E有很大關系，屬于G蛋白耦合受體中最小的一個。Mountjoy等人在體外環(huán)境下擴增了兩個編碼G蛋白耦合受體的亞克隆，這兩個克隆只在黑色素細胞和腎上腺皮質(zhì)中得到表達。發(fā)現(xiàn)它們即為編碼MC1Y基因和ACTH-R（促腎上腺皮質(zhì)激素受體）的基因。從而進一步證實了MC1R為G蛋白耦合受體家族成員之一。MC1R是促黑色素細胞素（MSH）的受體，它們二者結合實現(xiàn)了對毛色的調(diào)控。促黑色素細胞激素（MSH）是屬于多肽類激素，當激素與細胞膜上的受體（G-蛋白）結合時，激活膜上的cAMP酶系統(tǒng)，產(chǎn)生cAMP，進一步激活酪氨酸激酶，活化細胞質(zhì)的粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)及游離核糖體上合成的酪氨酸酶，將酪氨酸催化成多巴胺，這樣隨著多巴胺含量有效釋放黑色素。假設黑色素細胞中酪氨酸酶含量較少，那么多巴胺、多巴醌相應進行轉化，從而出現(xiàn)棕黑色素有所增加。同樣，真黑素可通過過量的多巴醌、多巴胺來合成，這樣便會出現(xiàn)不同毛色、羽色和不同類型的動物。

5　研究趨勢

不同哺乳動物具有相同MCIR基因所決定的特征已做出相關介紹，鳥類MCIR基因、哺乳動物色素調(diào)控機制有一定的研究關系，所以對于MCIR基因對真色素數(shù)量影響來研究參考文獻

動物毛色、鳥類羽色、人類發(fā)色和膚色等有著重要意義。隨著社會不斷發(fā)展，技術的不斷創(chuàng)新，對MCIR基因認識的不斷提高和研究，其位點檢測將為動物品種資源的利用、保存等方面提供可靠支持和參考。未來發(fā)展將以先進分子生物技術為導向，結合基因工程技術來共同研究和完善動物基因研究，從表型方面又充分了解MCIR基因和用途，將動物毛色、鳥類羽色作為遺傳標記來進行研究，在選擇交配時可將毛色作為參考依據(jù)來有效選擇品種，或者為了滿足人類愛好，通過雜交來實現(xiàn)多種毛色，培養(yǎng)出不同顏色、品種的動物。

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