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家养品种的鸽子和鸡的脚羽使用相同的基因调控网络

家养品种的鸽子和鸡的脚羽使用相同的基因调控网络

家禽遗传学家长期研究优良养鸡性状的遗传;有羽毛的腿。

德州农工大学的首席研究员Leif Andersson和他的同事们已经研究了脚羽形成的遗传基础。这种特征在科学上被称为ptilopody,可以在家养和野生鸟类中观察到,其特征是脚踝和脚部皮肤上羽毛的部分或全部发育。

“脚羽是一个有趣的例子,因为,尽管它是一个非常容易识别的特征,可以很容易地选择固定在品种中,它实际上不是一个单一基因造成的单基因特征,”Andersson说。

在以前的研究中,两个独立的显性等位基因,即Pti-1和Pti-2,被发现会导致家鸡腿长羽毛。具有稀疏羽毛腿的品种在Pti-1位点上被认为是纯合突变体(两个拷贝),而在第二个位点上是野生型(pti-2/pti-2)。像苏尔坦和科钦这样腿上有更多羽毛的品种被认为同时携带了Pti-1和Pti-2的显性突变。

此外,其他研究表明,Tbx5和Pitx1基因的调节突变有助于家鸽的足羽化。

Andersson和他的同事们想找出哪些基因和特定的突变与之前所描述的导致鸡脚长羽毛的Pti-1和Pti-2位点相对应,以及这些基因是否与之前在鸽子身上发现的相同。

在进化中,平行进化被称为在独立但相关的谱系中类似表型性状的独立发展。换句话说,当面对适应的时候,大自然可以从相同的基因工具箱中找到新的解决方案。

现在,在分子生物学与进化杂志的高级网络版上,Andersson和他的合著者报告说,确实,在家养鸡中,相同基因的调节突变是脚长羽毛的原因。

执行研究和识别的羽毛腿性状的变异鸡,一个三代同堂的映射人口建立了跨越Langshan(羽毛腿)和乌当鸡腿(清洁)鸡,紧随其后的是池的SNP分析样本,链接映射,全基因组测序(WGS), 167年全面收集和诊断测试鸡数量有或没有羽毛的腿。

第一个预测的因果突变是位于15号染色体上的前肢特异性转录因子TBX5基因上游25 kb处的单个碱基变化。第二个是位于13号染色体上的后肢特异性转录因子PITX1基因上游约200 kb处的17.7 kb的缺失。这些突变被预测分别激活TBX5和抑制PITX1表达。此外,PITX1的因果变异是大量重叠缺失,鸡有17.7 kb,鸽子有44 kb。

“在脊椎动物基因组的非编码部分识别因果突变是具有挑战性的,因为很难推断或实验证明其功能意义,”Andersson说。“在这里,我们已经提出了强有力的遗传证据,证明两种非编码突变影响了家养鸡的带羽腿表型,使用的是来自有或没有带羽腿的鸡的非常大的数据集。”

因此,不仅相同的基因参与了鸽子和鸡的脚羽表型,而且突变的性质也非常相似,至少在Pitx1的情况下是这样。

本研究揭示了家鸡和家鸽的腿羽表型在进化上的显著趋同,因为这种表型是由同一两个基因上游的非编码突变引起的。

Andersson说:“这两个病例是通过改变重要转录因子的表达来控制家畜表型性状的调控突变的又一个例子。”事实上,腿羽的遗传基础与鸡冠形态变异的遗传基础是一个相似的例子。三种梳状表型:豌豆梳状、玫瑰梳状和双梳状,都是梳状发育过程中导致SOX5、MNR2和EOMES转录因子异位表达的结构变异。

这份手稿提供了强有力的证据,证明鸡的脚上长羽毛与鸽子的脚上长羽毛具有高度相似的基因决定论,并证实了鸡和鸽子的脚上长羽毛是通过在不同但平行的轨道上奔跑而进化而来的。

Andersson说:“在家禽和家鸽腿上羽毛表型的进化上有一个显著的趋同。”“目前的研究表明,家畜的新表型性状通常是由不同种群中的相同突变引起的,因为由于强大的表型选择,有利的突变已经从一个种群传播到另一个种群。提供了一个强大的资源,以确定基因组区域和相应的因果突变相关的显型在本研究中成功完成。

“此外,长有羽毛的腿在许多其他鸟类中也有,例如大多数猫头鹰都有,但并非所有猫头鹰都有。如果你想研究一个物种内部或相近物种之间腿羽变化的遗传基础,Tbx5和Pitx1是明显的候选基因,”Leif Andersson说。

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