馬豹點(diǎn)毛色遺傳機(jī)理研究進(jìn)展

白東義，趙若陽，拉希瑪，圖格琴，王文興，黃博光，芒 來*

（1.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)動物科學(xué)學(xué)院，內(nèi)蒙古自治區(qū)馬屬動物遺傳育種與繁殖重點(diǎn)實(shí)驗室，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部馬屬動物遺傳育種與繁殖科學(xué)觀測實(shí)驗站，內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)馬屬動物研究中心，內(nèi)蒙古呼和浩特 010018；2.內(nèi)蒙古中蘊(yùn)馬產(chǎn)業(yè)集團(tuán)，內(nèi)蒙古錫林浩特 026000）

豹點(diǎn)毛馬表型（Leopard Complex Spotting）獨(dú)特，起源于非常古老的突變，西方的古代壁畫很早就有對其表型的記載；其存在范圍廣，從亞洲到西歐的品種都可以找到此類表型[1-2]。與國內(nèi)傳統(tǒng)的根據(jù)馬毛色外觀分類（大類分為騮毛、栗毛、黑毛、白毛和青毛）不同，國外從遺傳機(jī)理角度將馬的毛色分為基礎(chǔ)毛色、淡化毛色及白斑和褪色（包括白色）3 大類型。后兩者是由多種修飾基因?qū)A(chǔ)毛色馬進(jìn)行修飾后產(chǎn)生的，其中，豹點(diǎn)毛色屬于白斑表型[3]，馬體有白色區(qū)域，通常集中在臀部或軀干更廣的范圍，眼部有白色鞏膜，馬蹄具有豎條紋，顯著特點(diǎn)是白色區(qū)域及斑點(diǎn)以背軸基本對稱分布。國外馬品種Appaloosa 和Pony of the Americas 中存在大量豹點(diǎn)毛表型馬，在Noriker、Tannu Tuva Pony 和Spanish Mustang 馬品種中也有此類表型[4-6]。中國的馬品種中，蒙古馬和新疆馬類群中曾報道存在豹點(diǎn)毛馬[7]。在大部分馬種群中，豹點(diǎn)毛表型出現(xiàn)的頻率并不高；甚至在一些馬種中（如阿拉伯馬）豹點(diǎn)毛表型更加稀少；但是大多Knabstrupper 馬均為豹點(diǎn)毛表型；作為馬品種中不常見的表型，豹點(diǎn)毛復(fù)雜的遺傳機(jī)理可以為其他特殊馬毛色的研究提供借鑒。

豹點(diǎn)毛馬有良好寓意，非常受歡迎，我國領(lǐng)導(dǎo)人對蒙古國進(jìn)行國事訪問時獲贈的2 匹蒙古馬也均為豹點(diǎn)毛色。但因缺乏保種意識目前我國的豹點(diǎn)毛馬數(shù)量并不多[7]?，F(xiàn)中蘊(yùn)馬產(chǎn)業(yè)集團(tuán)位于內(nèi)蒙古錫林浩特市的馬產(chǎn)業(yè)園正在積極選育豹點(diǎn)毛表型馬作為觀賞旅游用馬。因此，了解豹點(diǎn)毛馬形成的遺傳機(jī)理對選育工作的開展非常重要。

1 豹點(diǎn)毛表型主要分類

標(biāo)準(zhǔn)的豹點(diǎn)毛色馬表現(xiàn)為白色馬體上均勻散布著圓形或橢圓形色素斑點(diǎn)，這類馬非常容易和其他類型的豹點(diǎn)毛表型馬區(qū)分開來，通常的表型如表1 中的Leopard。不同表型的豹點(diǎn)毛馬形成機(jī)理非常復(fù)雜，目前的研究表明有3 個基本因素決定了豹點(diǎn)毛一系列表型：首先，Lp 等位基因決定了是否會產(chǎn)生豹點(diǎn)毛表型；其次，修飾基因決定了斑點(diǎn)分布于馬體的哪些區(qū)域；再次，另一些修飾基因決定了馬體上斑點(diǎn)的形狀（圓形到橢圓形）、顏色和大小[8]。三因素缺一不可，相互作用，致使豹點(diǎn)毛馬具有多樣的表型。

未經(jīng)系統(tǒng)研究時，豹點(diǎn)表型馬被肉眼區(qū)分為多種不同的、獨(dú)立的毛色表型，每種表型從外觀上看沒有任何聯(lián)系（表1），從而產(chǎn)生了五花八門的馬毛色名稱，根據(jù)斑點(diǎn)最小到最大，最少到最多，包括mottled、frost、snowflake、varnish roan、blanket、snowcap blanket、near leopard（接近標(biāo)準(zhǔn)豹點(diǎn)毛色，馬體約80%～90%白色區(qū)域均帶有斑點(diǎn)）、leopard 和few spot leopard。以上每一種表型都具有其獨(dú)特的特征，馬體上同時表現(xiàn)出2 種或更多表型特征也很常見。盡管在視覺上差異較大，但這些看似獨(dú)立的表型都可歸因于同樣的遺傳機(jī)理，且都由同一個主基因調(diào)控。如snowflake 表型與leopard 表型外觀差異非常大，很難想象它們是由相同的遺傳機(jī)制產(chǎn)生。

2 豹點(diǎn)毛色表型的遺傳機(jī)理

豹點(diǎn)毛色表型非常復(fù)雜，某些情況下肉眼判定馬匹屬于何種毛色表型非常困難。研究表明，控制這一系列表型基本圍繞著一個雙基因座模型，這一遺傳模型中的主基因可使豹點(diǎn)毛馬身體白色區(qū)域的范圍產(chǎn)生不同變化。除此之外，還有一些其他的修飾基因參與調(diào)控，它們共同作用形成了一系列表型（從全身遍布斑點(diǎn)、只在一定區(qū)域分布到幾乎完全為白色）。雖然產(chǎn)生這些表型的基因相互作用關(guān)系是復(fù)雜的，但是簡化后的雙基因座模型可以展示這一表型形成的基本原理。這個模型可以直觀的理解為，存在1 個主基因決定了馬是否為豹點(diǎn)毛色馬，然后許多其他的修飾基因會影響斑點(diǎn)的范圍、顏色和大小等（圖1）。

表1 幾類典型豹點(diǎn)毛表型

圖1 豹點(diǎn)毛馬遺傳機(jī)理圖[9]

2.1 決定豹點(diǎn)毛色表型的主基因 決定是否產(chǎn)生豹點(diǎn)毛色表型的是一個單等位基因（leopard complex，LpLp）。LpLp為不完全顯性遺傳，純合子與雜合子具有不同表型。等位基因型為LpLpLpLp的純合子馬體上幾乎看不到色素斑點(diǎn)存在，但雜合子通常具有斑點(diǎn)。純合子（LpLpLpLp）和雜合子（LpLpLp+）白色區(qū)域分布程度大不相同，完全獨(dú)立遺傳（圖1）。

雜合子通常從白色最小范圍的區(qū)域（只有臀部）到全身帶有斑點(diǎn)。純合子在上述相同區(qū)域則無明顯斑點(diǎn)（多數(shù)為few spot leopard 表型，存在snowcap blanket 表型）。一些只含單個顯性等位基因LpLp的雜合子馬在出生時并沒有豹點(diǎn)毛表型，但有一些其他特征可證明該等位基因確實(shí)存在，如皮膚斑駁、馬蹄上含斑紋和鞏膜呈白色[10-11]，這些馬隨著年齡的增長會被認(rèn)為是沙色毛馬[5]。這一現(xiàn)象在純合子和雜合子上都存在，分別具有完全不同的基因型。雜合子和純合子馬中都可能出現(xiàn)白耳表型，因此這項不能作為判定合子性的指標(biāo)。

除了外觀表型有明顯的差異外，其他一些表型差異也可初步區(qū)分純合子和雜合子。純合子馬患有先天性靜止性夜盲癥[6]，在弱光條件下看不見東西[12-15]。一些純合子馬的眼睛有時比其他馬小一些，偶爾會向上傾斜，這使它們看起來總像是在向上看[15]，這種特征最可能發(fā)生在純合子中，但極少數(shù)也可能出現(xiàn)在雜合子中。純合子和雜合子的馬蹄條紋也有區(qū)別，雜合子是深色蹄壁上有淺色的垂直條紋，而在一些純合子上則相反，即白色馬蹄上具有深色的垂直條紋。另外，許多純合子都具有完全接近白色的蹄子。盡管存在許多表型的辨別方式，判斷一匹豹點(diǎn)毛色馬是純合子還是雜合子最準(zhǔn)確的方法還得通過DNA 檢測，單憑表型推測是不可靠的[16-17]。

產(chǎn)生豹點(diǎn)毛表型的主基因為瞬時受體電位離子通道家族成員1（M 亞家族）基因 （Transient Receptor Potential Cation Channel, Subfamily M, Member 1，TRPM1），此基因位于馬1 號染色體。由于TRPM1 基因內(nèi)含子1 中有1 378 bp 堿基插入影響了基因的正常表達(dá)，最終導(dǎo)致了產(chǎn)生豹點(diǎn)毛表型及純合子馬的夜盲表型[18-19]。研究馬的這種遺傳特性有助于闡明TRPM1 蛋白在馬、人和小鼠眼睛夜視功能中的作用，比如含TRPM1 突變的人也有夜盲癥，但他們沒有任何皮膚或毛發(fā)色素沉著發(fā)生變化[20-22]。目前的研究一直致力于解釋TRPM1 基因中這些插入的DNA 堿基如何改變馬的色素沉著。這種插入來源于逆轉(zhuǎn)錄病毒，馬被馴化之前就已存在。這種突變可以追溯到更新世時期[23]。

LpLp等位基因是唯一決定馬是否產(chǎn)生豹點(diǎn)毛表型的因素，馬必須遺傳到這一等位基因才會具有豹點(diǎn)毛色的復(fù)雜表達(dá)模式并表現(xiàn)出相關(guān)表型特征。所有具此表型的馬中，上文提到的3 個基本因素都可能會經(jīng)修飾基因修飾，這些基因從完全被抑制，從最小表達(dá)到最大表達(dá)產(chǎn)生出了有規(guī)律的一系列表型。許多導(dǎo)致這些表達(dá)差異的修飾基因都具遺傳性，產(chǎn)生的表型獨(dú)特，因此這些修飾基因在育種中很容易被馬飼養(yǎng)者選擇后保留下來，與古代均為自然選擇保留下來的毛色表型不同[24-26]，這類表型幾乎是人工選擇的產(chǎn)物[27]。

2.2 決定豹點(diǎn)毛色表型的修飾基因

2.2.1 影響豹點(diǎn)毛表型的主要修飾位點(diǎn)——Pattern 1 Pattern 1 型（或稱PATN1 型）是對豹點(diǎn)毛表型影響程度最大的修飾位點(diǎn)。截止目前為止，大多數(shù)關(guān)于豹點(diǎn)毛表型的分子研究都基于此修飾位點(diǎn)[4,8]。PATN1 顯性遺傳，在決定馬體出生時白色區(qū)域范圍超過60% 時起關(guān)鍵作用，包括leopard 和near leopard，基因型一般表示為LpLpLp+、 PATN1P—，而few spot leopards 和near few spot leopards 基因型表示為LpLpLpLp、 PATN1P—。Blanket 表型馬通常缺乏PATN1P這一顯性等位基因，如果馬臀部的白色區(qū)域中有色素斑點(diǎn)，則基因型表示為LpLpLp+、PATN1+PATN1+。

帶有PATN1P 等位基因的馬出生時具有60%～100%的白色區(qū)域，包括blanket 和 leopards。大多數(shù)馬至少有80% 的白色區(qū)域，但有一些馬例外，它們的白色區(qū)域范圍被其他一些因素抑制，這些例外下文將進(jìn)行詳細(xì)討論。

那些只含PATN1+卻沒有PATN1P基因型的馬通常只具有0%～40%的白色區(qū)域。出生時具有40%～60%白色區(qū)域的馬很難判斷其具有PATN1+還是PATN1P哪種基因型，特別是介于這一區(qū)間內(nèi)blanket 表型的馬。還有在一些極特殊情況下，馬體雖表現(xiàn)出超過60% 的白色區(qū)域，但不含PATN1P顯性等位基因。這可能是由于該修飾基因未表達(dá)出來相應(yīng)表型。除這些例外情況，大多數(shù)馬可通過白色區(qū)域的面積準(zhǔn)確地判別出其具有哪類PATN1 等位基因。

有些馬雖具有PATN1P顯性等位基因但不具有LpLp（或Lp+Lp+）等位基因，馬體不會出現(xiàn)白色區(qū)域表型。這是由于缺乏LpLp主基因致使PATN1P等位基因沒有表達(dá)。這也是一些農(nóng)場主育種時保留無豹點(diǎn)毛表型馬的原因，因為它們具有的PATN1P等位基因可以遺傳給后代，如果將其與含LpLp等位基因的馬匹交配，后代仍然可以產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)豹點(diǎn)毛馬。

PATN1 位點(diǎn)定位于馬3 號染色體。經(jīng)證實(shí)，RFWD3（RING finger and WD repeat domain 3） 基 因3'-UTR 區(qū)單核苷酸多態(tài)性（T＞G）與PATN1 表型相關(guān)[8]。這種突變調(diào)控了后續(xù)基因產(chǎn)物的數(shù)量，從而影響色素合成。但此基因在色素沉著中的作用尚不清楚[8]。

綜上所述，產(chǎn)生這一系列表型的基本原理均是由于LpLp和PATN1P2 個等位基因的開關(guān)所致。

2.2.2 其他與馬體白色區(qū)域范圍相關(guān)的因子 除了PATN1修飾位點(diǎn)外，其他一些修飾位點(diǎn)也參與調(diào)控豹點(diǎn)毛表型白色區(qū)域的范圍[28-30]，它們以復(fù)雜的方式互相作用產(chǎn)生最終表型。這些修飾基因的相互作用存在拮抗關(guān)系，這些額外的修飾作用可以解釋為什么一些具有LpLp和PATN1P顯性等位基因的馬體只有60%的白色區(qū)域，而其他的則具有90%～100% 的白色區(qū)域，也同樣解釋了為什么在40%～60%白色區(qū)域范圍內(nèi)的豹點(diǎn)毛表型有的含PATN1P，有的卻沒有。除了PATN1P，其他的修飾位點(diǎn)遺傳機(jī)理非常復(fù)雜，還未被研究透徹[8,29,31]。

基礎(chǔ)毛色有助于確定豹點(diǎn)毛表型白色區(qū)域的范圍[32]。其中，栗毛馬馬體平均具有更大范圍的白色區(qū)域，黑毛馬較小，騮毛、褐騮毛馬介于這兩者之間[32]。淡化毛色相關(guān)基因?qū)Ρc(diǎn)毛表型白色區(qū)域的大小沒有影響。

性別對白色區(qū)域的范圍也有影響。公馬的白色區(qū)域平均比母馬多10%～15%。這在不同馬群中的表現(xiàn)也略有不同[9,32]。

若豹點(diǎn)毛表型的馬同時具有沙邊毛馬（Sabino，Sb 位點(diǎn)）[3,33]表型，則白色區(qū)域的面積平均達(dá)10% 左右。這也許是多個基因位點(diǎn)參與后產(chǎn)生了增效效應(yīng)。少數(shù)豹點(diǎn)毛馬種群中沒有Sb 和PATN1P等位基因的馬為blankets，具有明顯大范圍的白色區(qū)域（高達(dá)70%）。這與near leopard 的表型相近，但基因型完全不同，并不是PATN1+所致。這表明除PATN1P外，其他的低基因頻率修飾基因也可以在決定白色區(qū)域大小中發(fā)揮重要作用。這些其他修飾位點(diǎn)以及具體調(diào)控機(jī)理還不清楚[34-35]。它們可能存在于所有豹點(diǎn)毛馬品種中，可能只特定存在于少數(shù)馬品種中，也可能僅限于少數(shù)幾個馬家族中具有。同樣不確定這些修飾位點(diǎn)與哪些基因相關(guān)[36-40]。

2.2.3 其他與斑點(diǎn)表型相關(guān)的因子 馬體斑點(diǎn)的大小和數(shù)量和多種因子相關(guān)。如馬的基礎(chǔ)毛色、臉部和腿部別征以及性別[10,41]。

基礎(chǔ)毛色[9]類型對豹點(diǎn)毛表型具有重要影響。黑毛馬往往具有最大和最多的斑點(diǎn)。相比之下，栗毛馬具有的斑點(diǎn)最小最少。騮毛和褐騮毛的斑點(diǎn)大小和數(shù)量介于黑毛馬和栗毛馬之間。淡化毛色相關(guān)基因似乎對斑點(diǎn)的大小和數(shù)量沒有任何影響。

面部和腿部具有白色別征，斑點(diǎn)數(shù)量和尺寸相應(yīng)會減少[42]。類似地，沙邊毛表型與豹點(diǎn)毛表型結(jié)合，傾向于減少白色區(qū)域中斑點(diǎn)的大小和數(shù)量。這可能導(dǎo)致一些雜合LpLpLp+馬的表型與沙邊毛表型相類似，卻還有可能是純合的snow cap（LpLpLpLp）。經(jīng)典的沙毛馬（Roan）[9]基因幾乎不會使馬身上產(chǎn)生斑點(diǎn)。此外，雄性比雌性具有更大的斑點(diǎn)，而雌性斑點(diǎn)小但數(shù)量更多。造成這些性別差異的原因尚不清楚[32]。

對斑點(diǎn)的大小和數(shù)量影響最大的還是LpLp等位基因本身。純合子（LpLpLpLp）馬的白色區(qū)域幾乎沒有含色素的斑點(diǎn)出現(xiàn)。當(dāng)這些純合子同時具有PATN1P顯性等位基因時，它們表現(xiàn)為few spot leopards；當(dāng)不表達(dá)這一等位基因時，它們表現(xiàn)為snow cap blankets。

2.2.4 修飾影響沙色表型的程度 亮沙色毛（Varnish roan）屬于豹點(diǎn)毛表型，與沙毛馬（Roan）和青毛（Gray）表型相近[43]，但遺傳機(jī)理不同。同時具Roan 表型的豹點(diǎn)毛馬可附加產(chǎn)生從varnish roan、frost 到snowflake等等白斑范圍不同的表型。這些區(qū)別通常是由于馬年齡增長，白色毛發(fā)的生長范圍不同造成的。一些有著豹點(diǎn)毛馬遺傳背景的馬最終會形成亮沙色毛，而另一些馬則近乎全白。

有影像資料證明，基礎(chǔ)毛色馬，無論是否具有臉部或腿部別征，性別都會對最終的表型產(chǎn)生影響。無臉部、腿部別征的黑色基礎(chǔ)毛色母馬對varnish roaning 或snowflake roaning 影響很小[5]。此外，純合子（LpLpLpLp）馬比雜合子馬表現(xiàn)出更廣泛的roan 表型[5]。這些差異導(dǎo)致了最終不同的表型，目前沒有進(jìn)行分子水平上的研究。

3 小 結(jié)

豹點(diǎn)毛馬所具有的表型種類繁雜且看似毫無關(guān)聯(lián)，起初很容易讓人認(rèn)為此類表型等位基因在遺傳上是非常不穩(wěn)定的，在遺傳過程中經(jīng)常會出現(xiàn)基因突變。在其他物種中也存在類似的情況（如狗中的merle 表型[44]）。然而，在對豹點(diǎn)毛馬家族的研究中，沒有任何證據(jù)表明豹點(diǎn)毛等位基因遺傳上的不穩(wěn)定性，所以這一系列表型可能存在一個共同的遺傳機(jī)理，而不是頻繁的基因突變所致[1]。

少數(shù)品種中含LpLp等位基因，但因缺乏PATN1P等位基因或任何其他主要修飾基因，這些品種基本不具有豹點(diǎn)毛表型。這是因為馬體白色區(qū)域的范圍受到PATN1P或其他修飾基因抑制，未產(chǎn)生相應(yīng)表型。 有些品種，如Connemara、Welsh Pony 和 American Quarter Horse，通常缺乏PATN1P或其他修飾基因。然而，在這些品種中偶爾也會出現(xiàn)一些非常標(biāo)準(zhǔn)的豹點(diǎn)毛表型馬。對此的一種解釋是PATN1P（或其他一些未被發(fā)現(xiàn)的修飾位點(diǎn)）在某些極少數(shù)的情況下可以和LpLp相互作用，導(dǎo)致馬體白色區(qū)域增加。

LpLp位點(diǎn)的存在使豹點(diǎn)毛馬體產(chǎn)生白色區(qū)域并具有深色的色素斑點(diǎn)。PATN1P位點(diǎn)的存在將豹點(diǎn)毛馬表型變?yōu)橐粋€雙基因座模型。LpLp是一個主基因位點(diǎn)，PATN1P和其他尚未確定的修飾位點(diǎn)（促進(jìn)和抑制）共同作用決定了最終表型。結(jié)果是具有LpLp位點(diǎn)但缺少其他修飾位點(diǎn)的馬幾乎不表現(xiàn)豹點(diǎn)毛表型，攜帶PATN1P但沒有LpLp的馬也不具有豹點(diǎn)毛表型。所以，只有同時具有LpLp和PATN1P基因位點(diǎn)的馬更傾向于產(chǎn)生豹點(diǎn)毛表型。