黑色素皮质素受体1（MC1R）基因与鸟类羽色

杜晓明　申惠敏

（长治市畜牧兽医检验检测中心，山西长治　046000）

黑色素皮质素受体1（MC1R）基因与鸟类羽色

杜晓明申惠敏

（长治市畜牧兽医检验检测中心，山西长治046000）

鸟类羽色的表型跟黑色素皮质素受体1位点有很大关系，即MCIR（Melanocortin Receptor1，MC1R）。其位点基因不同，羽色也有一定的差异。本文将对MCIR基因的定位、突变、作用机理等做出相关内容阐述，并对其研究方向提出相关意见。

鸟类羽色黑色素皮质激素受体1

由于鸟类中黑色素种类和分布不同，导致鸟类羽毛种类也多种多样。黑色素主要分为棕黑色素和真黑色素2种。其中棕黑色素呈红色和黄色，是一种可溶于碱的颗粒，而真黑色素又包括黑色、褐色2种，相对于棕黑色素来说不易溶于碱。通过实验发现牛、马、猪、鸡等动物的“扩展位点E”和“鼠灰色位点A”跟2种色素合成的分布、数量有很大关系，其中鼠灰色位点A仅对鸟类毛囊周围有所影响，根据空间、时间上来具体决定真黑色素合成情况；而在拓展为点E上的MCIR基因则与毛色有很大的关系。本文对MCIR基因做出以下介绍：

1　对羽色的决定作用

黑色素皮质激素受体形式较多，在不同细胞上所发挥作用也有所不同，比如在肾上腺皮质细胞、黑色素细胞或者免疫系统中都有不同特点。一般将存在于黑色素细胞中的黑色素皮质激素受体称为“黑色素皮质激素1（MC1R）”，又称“促黑素细胞激素受体（MSHR）”。Robbins 等人测定了E座位上携带不同等位基因的小鼠的MC1R基因，该基因序列和所编码受体的药理学特性与E座位保持一致，从而证实了E座位编码MC1R，浅黑色（Eso-3j）鼠在第二功能域处（第274个核苷酸位置）有一点突变，产生组成型活性受体；烟色（ETOB）鼠该基因在第一环处（第206个核苷酸位置）有一点突变，产生了过度活性受体。栗色马的MC1R基因在第83个密码子处（第二跨膜功能域内）发生有错交突变，苯丙氨酸代替了丝氨酸。有关牛上E等位基因、动物毛色变化之间的关系也有相关内容报道。1996年Takeuchi等人第一次克隆成功鸡的MC1R基因，而且证明了MCIR基因被Extendeds black［E］位点编码。不久发现鸡MCIR基因不同，所影响鸡的羽色也有所差异，并对鸡、鼠的相同MCIR基因突变做出相关探究，发现所对应的色素变异也有所改变，从而大胆推测鸡、哺乳动物之间基因调节机制大体类似。Theron等人发现鹌鹑MCIR基因突变于鸡类MCIR基因较为相似，而Kerje等人通过研究也发现 MC1R基因突变与鸡羽色变化有很大关系。这对基因研究结果又充分证实了这一说明，即MCIR基因对羽色变化、色素合成有很大的关系。

2　突变与表型

通过对小鼠遗传学研究发现，MC1R是独特的、双功能控制受体。它由a-促黑色素皮质素激活，其拮抗物为Agouti蛋白，这两方面影响导致哺乳动物表皮颜色发生了一定变化。随着近几年基因工程的不断发展，对MCIR基因研究也有了一定了解，通过动物基因研究也发现了很多MCIR基因突变现象。而MCIR基因突变也使机体缺失了一部分功能，比如红色豚鼠没有MCIR基因，表皮颜色很难再发生变化。或者红色几内亚猪没有MC1R基因，无形中使机体一个蛋白质失去活性。而黑白花牛MC1R基因缺失，则使其丧失了皮肤变红的功能。红色Norwegian牛和Holstein牛中发现相同碱基的变化，这也有可能说明引起基因突变的原因可能较为类似。不过也有部分动物毛色与MCIR基因没有多大关系，比如红色狐狸，推测可能狐狸毛色与某些活性蛋白突变有很大关系。

MC1R基因与鸡羽毛颜色变化有很大关系。比如Thr71Met和 Lys92Glu属于黑色Rock Cornish鸡的一种变异现象，可初步判断第二跨膜区的Lys92Glu、Rock Cornish鸡的黑色素两者之间有很大关系；黑色素氨基酸也由于Lys92Glu发生了相应变化。

Takeuchi 等发现鸡MC1R 基因第 92 位（E/K）的氨基酸突变的存在，对应全黑的羽色，另外第 33 位（C/Y）和第 244 位（L/ P）的突变导致鸡全身一致的红-黄羽色。Theron 等检测 4 种野生鹌鹑中的MC1R 基因多态时发现，第92 位 E/K 在全黑羽色鸟的MC1R 基因中至少有一个等位基因，而全黄羽鸟的MC1R 基因中没有检测到此等位基因。

3　定位与多肽检测

已对猪的MC1R基因完成定位，通过PCR-RFLP技术可检测不同品种、不同皮色的猪群的基因。Mariani等人构建了猪的6号染色体图谱，经图谱分析，将毛色扩展座位E定位在6号染色体的短臂末端，靠近端粒取。Takeuchi S 等确定了鸡的 Extendeds black（E）位点为 MC1R 的编码基因。鸡的 MC1R 位于 11 号染色体上，有 314 个氨基酸，与哺乳动物在 64%的序列上的同源，并且发现在鼠中一个引起 MC1R 组成型活性突变，导致全黑毛色的Somber-3J 鼠的 MC1R 的 GIu92Lys 突变在鸡中也存在，并且也对应全黑的羽色。根据MCIR在鸡、鼠中的相同色素合成表现，大致推断MCIR基因功能调节在鸡和哺乳动物中是相同的。Theron E 等检测了四种野生 Bananaguits（香蕉鹤鹑）中的 MC1R 位点的多态时发现：一个错义突变 GIu92Lys 在全黑羽色鸟的 MC1R 基因中至少有一个等位位点，而在全黄羽色的鸟的 MC1R 基因中没有检测到此等位位点。这种方法在鸡、鼠中实现所引起的毛色、羽色变化是相同的，即基因对毛色、羽色均有所控制和影响。

4　作用机理

通过基因研究发现，MCIR基因与扩展位点E有很大关系，属于G蛋白耦合受体中最小的一个。Mountjoy等人在体外环境下扩增了两个编码G蛋白耦合受体的亚克隆，这两个克隆只在黑色素细胞和肾上腺皮质中得到表达。发现它们即为编码MC1Y基因和ACTH-R（促肾上腺皮质激素受体）的基因。从而进一步证实了MC1R为G蛋白耦合受体家族成员之一。MC1R是促黑色素细胞素（MSH）的受体，它们二者结合实现了对毛色的调控。促黑色素细胞激素（MSH）是属于多肽类激素，当激素与细胞膜上的受体（G-蛋白）结合时，激活膜上的cAMP酶系统，产生cAMP，进一步激活酪氨酸激酶，活化细胞质的粗面内质网及游离核糖体上合成的酪氨酸酶，将酪氨酸催化成多巴胺，这样随着多巴胺含量有效释放黑色素。假设黑色素细胞中酪氨酸酶含量较少，那么多巴胺、多巴醌相应进行转化，从而出现棕黑色素有所增加。同样，真黑素可通过过量的多巴醌、多巴胺来合成，这样便会出现不同毛色、羽色和不同类型的动物。

5　研究趋势

不同哺乳动物具有相同MCIR基因所决定的特征已做出相关介绍，鸟类MCIR基因、哺乳动物色素调控机制有一定的研究关系，所以对于MCIR基因对真色素数量影响来研究参考文献

动物毛色、鸟类羽色、人类发色和肤色等有着重要意义。随着社会不断发展，技术的不断创新，对MCIR基因认识的不断提高和研究，其位点检测将为动物品种资源的利用、保存等方面提供可靠支持和参考。未来发展将以先进分子生物技术为导向，结合基因工程技术来共同研究和完善动物基因研究，从表型方面又充分了解MCIR基因和用途，将动物毛色、鸟类羽色作为遗传标记来进行研究，在选择交配时可将毛色作为参考依据来有效选择品种，或者为了满足人类爱好，通过杂交来实现多种毛色，培养出不同颜色、品种的动物。

［1］ 方美英，吴常信.猪的毛色遗传［J］.中国畜牧杂志，2002，38（2）：51-55.

［2］ Kijas J M H，et al.Melanocortin Receptor（MC1R）Mutation and coat color in pigs［J］.Genetic，1998，（150）：1177-1185

［3］ Mountjoy K G，Robbins L S，Mortrud M T，et al，The cloning of a family og genes that encode the melanocortin receptors［J］.Science，1992，（28）：1248-1251.

［4］ Primus E.Mullis，Transcription factors in pituitary development［J］.Molecular and Cellular Endocrinology，2001，（185）：1-16.

［5］ Oliver，G.，Mailhos，A.，Wehr，R.，Copeland，N.G.，Jenkins，N.A.，Gruss，P..Six3，a murine homologue of the sine oculis gene，demarcates the most anterior border of the developing neuralplate and is expressed during eye development［J］.Development，1995，（121）：4045-4055.

［6］ Mariani P，et al .The Extension Coat Color Locus and the Loci for Blood Group O and Tyrosine Aminot rans ferase Are on Pig Chromosome 6［J］.Journal of Heredity，1996，（87）：272-276.

［7］ Robbins L S，Nsdeau J H，Johnson K R，Kelly M A，Roselli，Rehfuss l，Baack E，Mountjoy K G，Cone R D.Pigmentation phenotypes of variant extension locus alleles result from point mutations that alter MSH receptor function［J］.Cell，1993，72（6）：827-834.

［8］ Walther，C.，GrussP..Pax-6，a murine paired box gene is expressed in the developing CNS.Development，1991，（113）：1435-1449.

［9］ Hermesz，E.，Makcem，S.，Mahon，K.A.Rpx：a novel anterior restricted homeobox gene is progressively activated in the prechordalplate，anterior plate and Rathke’s pouch of the mouse embryo［J］.Developmen，1996，（122）：41-52.

［10］ Takeuchi S，Suzuki H，Yabuuchi M，et al，Molecular cloning and sequence analysis of chick melanocortin-1receptor gene［J］.Biochim Biophys Acta，1996，1306（2-3）：122-126.

［11］ Thomas，P.Q.，Johnson，B.V.，Rathjen，J.，Rathjen，P.D.Sequence，genomic organization，and expression of the novel homeobox gene Hesx1［J］.Biol.Chem，1995，（270）：3869-3875.