蛋用鵪鶉黑羽基因座與黃羽基因座互作關系分析

龐有志，張小輝，王麗莎，趙淑娟，白俊艷，雷 瑩，游祥賓，王乾昆，劉坤舉

（1.河南科技大學動物科技學院，河南 洛陽 471023；2.洛陽市動物遺傳育種重點實驗室，河南 洛陽 471023；3.漯河食品職業(yè)學院食品工程系，河南 漯河 462300）

朝鮮鵪鶉是我國蛋用鵪鶉生產主要品種，對我國鵪鶉業(yè)發(fā)展具有重要作用，朝鮮鵪鶉羽色為野生型（栗羽），俗稱麻羽。北京白羽鵪鶉是朝鮮鵪鶉羽色突變系[1]，繼北京白羽發(fā)現(xiàn)之后，岳根華和Song等先后報道朝鮮鵪鶉黃羽突變，研究證實黃羽是性染色體Z發(fā)生隱性突變（y）的結果，遵循性連鎖遺傳規(guī)律[2-3]。黑羽是在朝鮮鵪鶉群體中發(fā)現(xiàn)的羽色突變，該突變屬于常染色體不完全隱性突變，隱性純合時（hh）為黑羽，雜合時（Hh）表現(xiàn)不完全黑羽[4]。研究表明，黃羽和白羽是Z染色體上具有連鎖關系的兩個基因座（Y/y）和（B/b）分別發(fā)生隱性突變的結果，兩座位同時顯性時鵪鶉羽色為野生型（栗羽）[5]。黃羽和白羽由于同時具有隱性伴性遺傳特點，目前以黃羽或白羽鵪鶉為父本，以朝鮮鵪鶉為母本組成的自別雌雄配套系在我國蛋用鵪鶉生產中應用廣泛。黑羽鵪鶉純系正在培育[6]，能否作為自別雌雄配套系親本用于生產，關系到黑羽鵪鶉培育和開發(fā)利用問題。

本試驗通過純系黑羽與純系黃羽鵪鶉雜交及相關回交試驗，探討黑羽基因座與黃羽基因座互作關系，為黑羽鵪鶉及其自別雌雄配套系育種提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗用黃羽鵪鶉和黑羽鵪鶉系由朝鮮鵪鶉的黃羽突變體和黑羽突變體培育而來，由河南科技大學培育并飼養(yǎng)于校內試驗牧場。

1.2 試驗方法

1.2.1 正交試驗（雜交試驗1）

隨機選取2只純系黑羽公鵪鶉（3月齡）和6只純系黃羽處女母鶉（50日齡），按照1∶3比例雜交，組成A1和A2雜交組，每組單籠飼養(yǎng)，自由交配。待雜種一代（F1）出現(xiàn)后，分別從A1、A2組F1代中隨機選取20只不完全黑羽鵪鶉（其中5只公鶉，15只母鶉）組成A1-F1和A2-F1兩組自交（同胞或半同胞）試驗組。常規(guī)條件下種蛋孵化。通過觀察雛鶉羽色及性別分離情況，推斷鵪鶉黑羽基因座和黃羽基因座互作關系。

1.2.2 反交試驗（雜交試驗2）

隨機選取2只純系黃羽公鶉（3月齡）和6只純系黑羽處女母鶉（50日齡），按照1∶3比例雜交，組成B1和B2兩個雜交組，每組單籠飼養(yǎng)，自由交配。與正交試驗相對，黃羽公鶉與黑羽母鶉的雜交稱為反交試驗。根據(jù)F1代羽色及性別比例，分析黑羽和黃羽兩基因座互作關系。

1.2.3 回交試驗

由于在反交試驗中，F(xiàn)1代羽色出現(xiàn)與正交試驗不同的結果，試驗從F1代中每組選取6只淺灰色處女母鶉與2只親本公鶉回交，按照公母1:3比例組成回交B1-B1組和B2-B1組。根據(jù)B1代羽色及性別比例，為分析鵪鶉黑羽和黃羽基因座互作關系提供數(shù)據(jù)支撐。

1.2.4 記錄與分析

記錄正反交F1和F2代以及B1代鵪鶉羽色分離情況及各羽色中公母比例，Excel 2003處理數(shù)據(jù)，作χ2檢驗。

2 結果與分析

2.1 正交試驗（雜交試驗1）

黑羽公鶉與黃羽母鶉雜交結果見表1，兩個雜交組F1代僅出現(xiàn)一種羽色，即不完全黑羽，出殼時雛鶉背部羽線與野生型（栗羽）相同，但絨羽較野生型（栗羽）黑，而淡于黑羽，腹部絨羽介于黑羽和野生型（栗羽）之間，其羽色特征與最初發(fā)現(xiàn)的不完全黑羽一致。經χ2檢驗，F(xiàn)1代不完全黑羽公母比例為1∶1（P＞0.05）。

表1 黑羽公鶉和黃羽母鶉雜交F1代羽色性狀分離Table1 Plumagecolor segregation of F1 generation from thecrossof black feather（♂）×yellow feather（♀）quail

F1代不完全黑羽自交，結果見表2。F2代出現(xiàn)6種羽色，分別是黑羽、不完全黑羽、栗羽、黃羽、淺灰羽和深灰羽。經χ2檢驗，幾種羽色比例為3∶6∶3∶1∶2∶1，其中黑羽、不完全黑羽和栗羽3種羽色比例為1∶2∶1，而黃羽、淺灰羽和深灰羽均為母鶉。

表2 F1代自交F2代羽色性狀分離Table2 Plumagecolor segregation of F2 generation from thecrossof F1 generation

淺灰色和深灰色是F2代出現(xiàn)的兩種新羽色，淺灰羽雛鶉背部兩條龜背線，與黃羽鵪鶉背部兩條龜背線相似，但底色較黃羽鵪鶉深；深灰羽底色和淺灰羽相同，但深灰色雛鶉背部均為深灰色絨毛，無龜背線。深灰色和淺灰色腹部的絨羽與背部體色一致，較栗羽暗，介于栗羽和不完全黑羽之間。深灰色和淺灰色鵪鶉掌部和爪部皮膚為褐色，鵪鶉出殼當日（1日齡）外貌如圖1～2所示。

圖1 1日齡黑羽、不完全黑羽、栗羽、黃羽、淺灰羽和深灰羽雛鶉背部Fig.1 Back view for black,incompleteblack,maroon,yellow,light gray and dark gray plumage at oneday quail

圖2 1日齡黑羽、不完全黑羽、栗羽、黃羽、淺灰羽和深灰羽腹部Fig.2 Abdominal view for black,incomplete black,maroon,yellow,light gray and dark gray plumage at one day quail

2.2 雜交試驗2（反交試驗）

反交結果見表3。在F1代中黃羽和黑羽兩種親本羽色消失，出現(xiàn)不完全黑羽和淺灰羽，不完全黑羽全部為公鶉，淺灰羽全部為母鶉，淺灰羽外貌特征與正交試驗中F2代出現(xiàn)的淺灰羽特征相同。經χ2檢驗，不完全黑羽和淺灰羽比例為1∶1（P＞0.05），在鵪鶉出殼當天，依據(jù)羽色可自別雌雄，經解剖驗證自別雌雄的準確率達100%。

表3 黃羽公鶉與黑羽母鶉雜交F1代羽色性狀分離Table 3 Plumage color segregation of F1 generation from the cross of yellow feather（♂）×black feather（♀）quail

2.3 回交試驗

回交試驗結果見表4，在B1代中出現(xiàn)兩種羽色即黃羽和淺灰羽，兩種羽色比例為1∶1（P＞0.05），且每一種羽色中公母比例均為1∶1（P＞0.05）。

表4 F1代淺灰羽母鶉與親本黃羽公鶉回交B1代羽色性狀分離Table 4 Plumage color segregation of B1 generation from thebackcross of F1 light gray feathers（♀）×parental yellow（♂）quail

2.4 黑羽基因座與黃羽基因互作關系及其驗證

2.4.1 不完全黑羽表達

研究證實，控制鵪鶉黑羽基因座（H/h）位于常染色體上，野生型（栗羽）對黑羽為不完全顯性遺傳[4]，而黃羽和白羽是朝鮮鵪鶉在性染色體（Z）兩基因座Y/y和B/b分別發(fā)生隱性突變的結果[5]。因此本試驗所用雜交親本黑羽公鶉基因型為hhZYBZYB，黃羽母鶉的基因型為HHZyBW。兩者雜交，理論上其F1代羽色和基因型分布如圖3所示。

根據(jù)遺傳學分離定律和自由組合定律，F(xiàn)1代公鶉基因型為HhZYBZyB，母鶉基因型為HhZYBW。課題組已針對有關黑羽基因座與栗羽基因（Y）的互作關系作驗證[4]，在有色基因B存在下，Hh對Y為不完全顯性上位，Hh與Y互作表現(xiàn)為不完全黑羽。

由圖3可知，由于Hh不完全顯性上位作用，F(xiàn)1代羽色全部為不完全黑羽，公鶉在Y/y座位上雖為雜合也表現(xiàn)不完全黑羽，說明Hh對Y/y座雜合（ZYZy）狀態(tài)表現(xiàn)為不完全顯性上位。

圖3 黑羽公鶉和黃羽母鶉雜交遺傳圖式Fig.3 Genetic pattern of black feather（♂）×yellow feather（♀）quail

因此，Y/y基因座無論是顯性純合還是雜合，Hh與Y-（ZYZY或ZYZy）互作均產生不完全黑羽，且F1代公母比例為1∶1，這一理論推斷與實際雜交結果一致。

2.4.2 栗羽、黃羽和黑羽表達

正交試驗F1代自交時，公母鶉均可產生4種不同類型配子，F(xiàn)2代基因型分布理論上如表5所示。根據(jù)前期研究，在H/h座位，顯性純合時，HH與Y基因共同維護野生型（栗羽）表現(xiàn)[4]，表5中基因型HHZYBZYB、HHZyBZYB和HHZYBW個體均表現(xiàn)栗羽，占F2代3/16，與實際雜交結果吻合（P＞0.05），其中基因型為HHZyBZYB個體表現(xiàn)為栗羽，說明Y/y在雜合狀態(tài)下，HH不影響栗羽基因（Y）表現(xiàn)。F2代中僅一種黃羽且為母鶉，表5中對應基因型為HHZyBW，占F2代1/16，這種黃羽母鶉和雜交試驗親本母鶉基因型和羽色完全相同，說明HH不影響黃羽基因（y）表達。由此推斷，在H/h座位，顯性純合時HH對Y/y座位無互作關系，不影響栗羽和黃羽表達。

當H/h座位隱性純合時，hh對ZYZY和ZYW為隱性上位，hh與Y基因互作使栗羽變?yōu)楹谟?，這種互作關系已被證實[4]，表5中基因型為hhZYBZYB、hhZYBW和hhZyBZYB的個體表現(xiàn)為黑羽，占F2代3/16，與實際雜交結果相吻合（P＞0.05），其中基因型為hhZyBZYB個體表現(xiàn)黑羽，說明Y/y座為雜合狀態(tài)下，hh對ZYZy也表現(xiàn)隱性上位。

已證實，H/h座位雜合時，Hh對Y-（ZYZY或ZYZy）為不完全顯性上位，Y/y座位無論顯性純合還是雜合均為不完全黑羽，對應表5中基因型為HhZYBZYB、HhZyBZYB、HhZYBW個體均表現(xiàn)不完全黑羽,占F2代6/16，F(xiàn)2代中不完全黑羽出現(xiàn)與正交試驗中F1代不完全黑羽出現(xiàn)遺傳機制一致。表5中，F(xiàn)2代中栗羽、不完全黑羽和黑羽3種羽色基因型所占比例分別為3/16、6/16和3/16，3種羽色之比為1∶2∶1，在每一種羽色中公母比例為2∶1，分布與實際F1代自交結果吻合（P＞0.05）。

表5 黑羽公鶉與黃羽母鶉雜交F2代可能的基因型和表型分布Table 5 Possible genotype and phenotype distribution of F 2 from the cross of black feather（♂）×yellow feather（♀）quail

2.4.3 淺灰色和和深灰色羽表達

在正交試驗F2中出現(xiàn)淺灰色和深灰色兩種羽色，且淺灰羽數(shù)量是深灰羽2倍，對應表5不難判定淺灰羽的基因型為HhZyBW，深灰羽對應基因型為hhZyBW，兩種羽色在Y/y座位上均為隱性純合（ZyW相當于ZyZy），說明這兩種羽色是黑羽基因座位分別在雜合（Hh）和純合（hh）狀態(tài)下與y互作的結果，即Hh對ZyW為不完全顯性上位，兩者互作產生淺灰羽，hh對ZyW為隱性上位，兩者互作產生深灰羽。表5中F2代中出現(xiàn)淺灰羽、深灰羽和黃羽全為母鶉，所占比例為1/16、2/16和1/16，3種羽色之比為1∶2∶1，與實際F1代自交結果吻合（P＞0.05）。

淺灰羽表達還可通過反交試驗和回交試驗得到進一步驗證。黃羽公鶉和黑羽母鶉雜交，F(xiàn)1代母鶉基因型即為淺灰羽，正是Hh與ZyW互作的結果（見圖4）。利用淺灰羽母鶉與黃羽公鶉回交，后代出現(xiàn)淺灰羽公鶉（見圖5）。顯然淺灰羽是Hh對yy（ZyZy和ZyW）不完全顯性上位的結果。

圖4 黑羽母鶉和黃羽公鶉雜交遺傳圖式Fig.4 Genetic pattern of yellow feather(♂)×black feather(♀)quail

圖5 淺灰羽母鶉和黃羽公鶉回交遺傳圖式Fig.5 Genetic pattern of light gray feathers(♀)×parental yellow(♂)quail

3 討論與結論

3.1 鵪鶉黑羽基因座與黃羽基因座互作關系及其遺傳學意義

本試驗采用的雜交親本黑羽和黃羽白化基因座（B/b）均不涉及隱性突變，兩種羽色座位之間互作均是在有色基因B存在前提下產生各種互作關系。研究證明，在有色基因B存在條件下，當Y/y座位顯性純合時，HH有維持栗羽表現(xiàn)的作用，Hh與YY互作產生不完全黑羽，hh與YY互作產生黑羽[4]。本研究探討的是當Y/y座位隱性純合（ZyBZyB,ZyBW）時，黑羽基因座（H/h）對黃羽基因表達的影響，研究發(fā)現(xiàn)，黑羽基因座顯性純合時，HH具有維持黃羽（ZyBZyB,ZyBW）表現(xiàn)的作用，該座位雜合時，Hh與yy互作產生淺灰羽，該座位隱性純合時，hh與yy互作產生深灰羽，與該座位與栗羽基因Y互作產生的羽色完全不同。本研究還發(fā)現(xiàn)黑羽座位（H/h）在雜合狀態(tài)下，黃羽座位（Y/y）無論顯性純合或是雜合狀態(tài)兩者互作的表現(xiàn)均相同，即Hh對ZYBZyB為不完全顯性上位，兩者互作產生不完全黑羽。說明不完全羽色產生首先取決于Y/y座位等位基因之間顯隱性關系，然后再受非等位基因之間互作關系的影響。由于栗羽（Y）對黃羽（y）為顯性，Hh與Y-的互作，取決于對Y基因的互作?？梢钥闯觯谟鸹蜃℉/h）與Y/y座位之間的互作因兩座位的基因型狀態(tài)不同而表現(xiàn)多種互作關系。即在有色基因B存在下，黑羽基因座隱性純合時（hh）對黃羽座位（Y/y）為隱性上位，hh與Y-（YY或Yy）互作使栗羽變?yōu)楹谟?，hh與yy互作使黃羽變?yōu)樯罨矣穑辉撟浑s合時（Hh）對Y/y為不完全顯性上位，Hh與Y-（YY或Yy）互作使栗羽變?yōu)椴煌耆谟?，Hh與yy互作使黃羽變?yōu)闇\灰羽；該座位顯性純合時，HH不影響Y/y座位基因的表達，即HH具有維持正常栗羽和黃羽表現(xiàn)的作用。在有色基因B存在的條件下，黑羽基因座和黃羽基因座之間因基因型不同產生不同的互作關系，導致鵪鶉不同羽色的出現(xiàn)。

本研究通過雜交試驗從遺傳機制上說明黑羽和黃羽兩基因座之間互作關系，但其產生分子機制還不清楚。Wu等通過基因組分析發(fā)現(xiàn)在黃羽座位有一個內含子突變與羽色形成有關[7]，劉坤舉等發(fā)現(xiàn)朝鮮鵪鶉GNAS基因與鵪鶉隱性白羽突變有關[8]，研究黃羽、白羽和黑羽3個基因座的突變機制，將進一步揭示鵪鶉不同羽色形成機理及其基因座位間互作關系。

基因互作類型較多，常染色體上兩個基因座位間的基因互作，其表現(xiàn)形式為兩對相對性狀自由組合規(guī)律分離比（9∶3∶3∶1）的各種變形，如9∶3∶4（隱性上位），12∶3∶1（顯性上位）并作為一般遺傳學教科書經典案例[9-10]，這類基因座間互作其表型比例與性別無關。本研究揭示黑羽基因座與黃羽基因座互作關系，涉及到常染色體與性染色體基因座之間互作，是鵪鶉羽色遺傳研究的新進展。由于白化基因座（B/b）與黃羽基因座（Y/y）在Z染色體上具有連鎖關系[5]，黑羽基因座與黃羽基因座互作關系均是在有色基因B存在條件下發(fā)生的各種互作，涉及基因互作、伴性遺傳和連鎖與交換等諸多問題，本研究結果為開展有關遺傳學理論和實驗教學提供豐富素材和理論依據(jù)，具有重要遺傳學研究價值。

3.2 自別雌雄的價值

本研究已驗證，黃羽公鶉和黑羽母鶉雜交，其F1代母鶉為淺灰羽，公鶉為不完全黑羽，兩種羽色鵪鶉在出殼時肉眼即可辨別，準確率可達100%，其自別雌雄機制如圖4所示。該研究成果對鵪鶉早期雌雄鑒別具有重要意義，在生產中可培育以黃羽鵪鶉為父本，以黑羽鵪鶉為母本的自別雌雄配套系，對進一步豐富我國鵪鶉品種結構，提高鵪鶉生產經濟效益將產生重要影響。

3.3 深灰羽鵪鶉培育

本研究在利用淺灰羽母鶉和黃羽公鶉回交試驗中，回交后代出現(xiàn)淺灰羽公鶉和淺灰羽母鶉。由于淺灰色是在有色基因B存在下Hh與y互作的結果，淺灰色公母鶉在H/h座位上均為雜合體，因此不可能培育出淺灰色鵪鶉的品系或品種。但我們可以利用淺灰羽公母鶉（HhZyBZyB，HhZyBW）橫交（同胞或半同胞交配），后代可出現(xiàn)基因型為hhZyBZyB和hhZyBW個體。本研究證實基因型為hhZyBW母鶉羽色均為深灰色，雜交試驗中雖未出現(xiàn)基因型為hhZyBZyB公鶉，由于母鶉hhZyBW為半合子，根據(jù)母鶉的羽色表現(xiàn)，可推測hh與ZyZy產生的互作效果與hh和ZyW互作效果相同，即基因型為hhZyBZyB的公鶉應表現(xiàn)深灰羽。因此將回交后代出現(xiàn)的淺灰羽公母鶉橫交固定，可培育純系深灰羽鵪鶉，進一步豐富我國鵪鶉的品種資源。