Agouti基因及其与动物毛色关系的研究进展*

李英杰，唐家明，张 磊，徐桂利，张文香，段玲欣，刘谢荣，刘铮铸，巩元芳

(河北科技师范学院 动物科技学院，河北 秦皇岛 066004)



专题论述

Agouti基因及其与动物毛色关系的研究进展*

李英杰，唐家明，张 磊，徐桂利，张文香，段玲欣，刘谢荣，刘铮铸*，巩元芳*

(河北科技师范学院 动物科技学院，河北 秦皇岛 066004)

动物特别是毛皮动物，毛纤维颜色丰富多彩，其主要由遗传基因调控，在众多的调控基因中，Agouti基因是一个重要的功能基因。论文重点综述了Agouti基因结构及其在人、小鼠、家养普通动物和毛皮动物毛色方面的研究现状，旨在为动物毛色选育提供参考依据。

Agouti基因；结构；动物；毛色；研究现状

鼠灰色(Agouti)基因又称刺豚鼠信号蛋白(Agouti signaling protein，ASIP)基因，许多研究表明，Agouti基因与MC1R基因共同通过控制红/黄褐黑素和黑/棕真黑素之间的相对数量，从而控制动物的毛色[1]。Agouti基因会发生许多突变，一些突变会影响毛色，而且还干扰许多不同的生物学过程，如与肥胖、糖尿病和肿瘤易感性等也有一定的关系[2]。动物的毛色属于质量性状，通常表现为相对的简单遗传。毛色除遗传因素外，经常受环境因素的修饰。对猪而言，一般认为毛色与经济性状关系不大，但一些研究却发现毛色与其生长速度、瘦肉率及对疫病的抵抗力等生产性能有直接关系[3-4]。对于毛皮动物，如：狐狸、貉子和水貂，毛色直接决定它们的经济价值。所以，近年来，毛色遗传又引起了人们的广泛兴趣，因为毛色与血型、生化和分子标记一样，是一种可以利用的遗传标记。

目前，国内外从分子水平上主要对控制毛色遗传的主效基因进行了大量研究，有关毛色遗传机制的研究也在逐步深入。利用毛色遗传规律，在确定杂交组合、品种纯度以及产品质量等方面均有一定用途，所以研究毛色遗传对于现代动物育种和生产均具有十分重要的意义。随着现代市场的变化，人们生活质量的提高，化工印染的副作用，人们逐渐更喜欢天然色彩动物的毛皮制品，因而提升了家养动物特别是毛皮动物开始向天然彩色被毛方向发展的趋势。

1 Agouti基因的结构

动物Agouti基因的结构非常复杂，由4个外显子和3 个内含子组成，其中外显子1 位于5'非翻译区(5'UTR)[5-6]，外显子2、3、4 编码131～133 个氨基酸残基，5'UTR区非编码外显子1 存在不同剪接体。Agouti基因在牛皮肤组织中存在3 种不同的5'非翻译区剪接体：1C、2C和1C2C[7-8]。Agouti基因在猪皮肤组织中存在5 种5'非翻译区剪接体：1A、1A'、1A1A'、1B和RALY[9]；Agouti基因在绵羊皮肤组织中存在7 种5'非翻译区剪接体，每种剪接体由两个非编码外显子(It 和It')和非编码外显子IA、IB、IC、ID和IE中的1 个或2 个组成[10]；Agouti基因在家兔皮肤组织中存在2 种5'非翻译区剪接体：1A和1C[11]。

2 Agouti基因与毛色关系的研究现状

动物毛发之所以有色泽，是因为体内含有色素的缘故，动物体内的色素有多种，其中与毛色有关的主要是酪氨酸源性色素，其代表是黑色素及其衍生物。黑色素的产生或缺乏是动物毛色形成的主要物质基础，而色素形成是由不同基因间的相互作用与环境因素共同决定的，Agouti基因是其中的一个重要调控功能基因。Agouti基因通常编码Agouti信号蛋白(ASIP)，其和黑色细胞刺激素竞争黑素皮质素受体(MC1R)，形成动物的不同毛色。

Agouti含有许多等位基因位点，这些等位基因的不同结合形成了不同的表型，这些表型控制着动物毛色的细微差别以及色素在不同部位的分布。

近年来，人们对Agouti基因的研究较多。人、小鼠、牛、马、猪、绵羊、山羊、家犬和狐狸等的Agouti基因相继被发现，不同物种的Agouti基因及编码的蛋白有较高的同源性。

2.1 人类Agouti基因与毛色的关系研究

Kwon等[12]克隆了人的Agouti基因并定位于20号染色体上，编码区序列与小鼠有85%的相似性且编码132个氨基酸残基。Voiscy[13]对不同种族、不同肤色和不同毛发人群的Agouti基因进行了检测，发现该基因编码区未具多态性，说明其保守性较强。Kanetsky等[14]研究发现，人类Agouti基因3'非翻译区存在一个多态位点(g.8818A→G)，且携带G等位基因者与黑发及褐眼呈显著相关。

2.2 小鼠Agouti基因与毛色的关系研究

小鼠Agouti基因位于2 号染色体上，在正常的毛囊细胞中编码131个氨基酸残基[15]。对于普通小鼠，Matsunaga等[16]用Agouti基因信号蛋白的特异性抗体对小鼠的皮肤进行了免疫组化染色，发现Agouti基因信号蛋白仅表达于毛囊黑素细胞。Agouti基因在转基因小鼠方面也有一些相关报道，Millar等[17]发现转基因鼠的表皮基底细胞表达Agouti信号蛋白并形成带状黄色皮毛，提示Agouti信号蛋白是通过旁分泌的途径来调控毛色的。为验证小鼠Agouti基因保守区功能的重要性，Miltenberger等[18]从小鼠Agouti基因编码的氨基酸序列中删除了29 个氨基酸，且在人β-肌动蛋白启动子调控下使转基因小鼠表达发生突变，突变转基因小鼠中有3 个独立的途径在毛发上发生了不同程度的色素沉积，表明突变蛋白在活体中仍有功能。

2.3 家养普通动物Agouti基因与毛色的关系研究

2.3.1 马Agouti基因与毛色关系的研究现状 Rieder等[19]成功获得了马Agouti基因4 994 bp长的序列，该序列包含3 个外显子、2 个内含子以及部分5'和3'非翻译区序列，其中在内含子筛查到2 个突变位点，即845 位A→G和2374 位C→A，在3'非翻译区筛查到1 个突变位点，即4734 位A→G，同时在外显子2发现有11 bp 的缺失，该缺失与马的隐性黑毛色相关。党珍等[20]采用缺口PCR技术分析了141 份贵州矮马、西南马、伊犁马的ASIP基因型，结果表明，扩增出的793 bp和385 bp 2 个片段为ASIP基因，793 bp片段中缺失一段11 bp的核苷酸，定义为a 基因型，385 bp片段结构完整，定义为A 基因型；3 个马群体中A 等位基因在骝毛中占优势；但aa 基因型对应的毛色只有小部分为黑毛，绝大部分为栗毛、骝毛和复色毛，与已知的aa 基因型决定黑毛的规律不相符，说明aa 基因型可能不是中国马品种黑毛的决定基因型。

2.3.2 猪Agouti基因与毛色的关系研究 猪Agouti基因被定位在17 号染色体上(SSC l7q21)[21]。猪Agouti基因与其它哺乳动物一样也包含4 个外显子，编码131 个氨基酸残基，其中外显子1的前半部分位于5'非翻译区，外显子4的后半部分位于3'非翻译区。我国学者付冬丽等[22]利用直接测序法在野猪ASIP基因的3'UTR区发现了一个突变位点(g.695T→C)，通过群体内多态性检测，7 个毛色类型的野猪在此突变位点都是CC或CT基因型，而长白猪群全部是TT基因型，由此推测具有不同毛色的野猪群体可能是由突变位点C等位基因引起，但也不能排除还有其它毛色功能基因参与野猪被毛的形成。

2.3.3 牛Agouti基因与毛色的关系研究 关于牛的毛色遗传学研究相对较少，Girardot等[23]研究了8个不同毛色牛品种Agouti基因编码区序列，结果发现无论是品种间还是品种内，该基因编码区不存在任何变异。该研究同时利用Northern杂交技术研究了Agouti基因全长转录物和5'UTR剪接体的mRNA在牛脑、心、肺、肝、肾和脾中的表达，发现Agouti基因的全长转录本在皮肤中表达，5'UTR剪接体的mRNA则在其它组织中表达。张建一等[24]用DNA 混合池测序和直接测序法对牦牛Agouti基因编码区多态性进行了研究，结果发现牦牛皮肤中Agouti基因编码区无突变位点，这与Girardot等[24]的研究相一致，说明牛Agouti基因编码区保守性很强。

2.3.4 绵羊Agouti基因与毛色的关系研究 付冬丽等[25]通过直接测序法在中国绵羊ASIP基因外显子2中发现D9和D5两个缺失突变(D9：9bp，c.10-18；D5：5bp，c.101-105)，在内含子2内发现3个SNPs(g.672G>A，g.1580G>A和g.1617G>A)；但D9和D5缺失突变与所研究的绵羊品种被毛表型不存在相关或不完全相关，即ASIP基因编码的蛋白质区域变异不能解释中国绵羊群体毛色表型的变异。韩吉龙等[26]研究发现藏羊Agouti基因的外显子的单核苷酸多态性(SNPs)与毛色不相关，拷贝数变异(CNV)与毛色也不相关；mRNA表达量可能对颈部棕黑色被毛有一定作用，但与体侧部的白色毛无明显相关。Han等[27]报道，ASIP基因单个拷贝数变异(CNV)承受了很大的选择压力，单个CNV和藏绵羊的黑毛色相关，但不能解释所有个体的黑色表型。孟浩浩[28]等报道阿勒泰羊ASIP基因外显子2(g.100～104 bp)存在5 碱基缺失(D5：AGGAA)，外显子4(g.5172 bp：T→A)存在非同义性突变(Ser→Cys)；新疆细毛羊中只发现ASIP基因外显子2(g.100～104 bp)存在5 碱基缺失(D5：AGGAA)；阿勒泰羊ASIP基因2 处SNPs与被毛毛色不相关，而新疆细毛羊ASIP基因5碱基缺失与被毛毛色极显著相关。李洪涛等[29]研究ASIP基因多态性及其mRNA表达量与哈萨克绵羊被毛颜色之间的关系，发现ASIP基因的多态位点与被毛颜色没有相关性，其表达量在不同颜色被毛中也没有显著差异。从以上研究推测，Agouti基因可能不是控制绵羊被毛颜色的主效基因。

2.3.5 山羊Agouti基因与毛色的关系研究 Schibler等[30]将山羊Agouti基因定位于13号染色体上(13q22)。Adalsteinsson等[26]在生产羊绒纤维的基础上，分析了10 只公山羊、178 只母山羊及其218 只杂交后代的毛色变异资料，认为Agouti基因的11个等位基因控制10 种毛色类型，其中，白色或棕色是由显性等位基因控制的，其余9 种毛色是由共显性等位基因控制的。唐春娟等[31]对山羊Agouti基因序列测定发现内含子1有一T128缺失位点，该位点存在2 个等位基因A(不缺失)和B(缺失)，产生3 种基因型AA、AB和BB，其中AB基因型在白色山羊品种中占优势(76.14 %)，AA基因型在棕褐色山羊品种中频率较高(77.41 %)，BB 基因型是黑色山羊品种的优势基因型(87.92 %)，推测该位点可能在山羊毛色形成过程中发挥一定作用。张天等[32]研究表明，Agouti基因mRNA在白色、黑色、棕色山羊皮肤组织中的表达量依次为白色>黑色>棕色；mRNA表达量在棕色和白色、棕色和黑色山羊皮肤之间均显著差异，在白色和黑色山羊皮肤之间差异不显著。ASIP在白色、黑色、棕色山羊皮肤组织中的表达量：白色>棕色>黑色；ASIP表达量在白色和黑色山羊皮肤组织之间存在显著差异，但在白色和棕色、棕色和黑色山羊皮肤组织之间差异均不显著。研究结果提示，Agouti基因在不同毛色山羊皮肤组织中可能存在不同调控机制。

2.3.6 家犬Agouti基因与毛色的关系研究 家犬有黑色、黄色、灰色等毛色表型。Little等[33]提出家犬的毛色是由A(Agouti)毛色基因座决定的，而Berryere等[34]则提出家犬的毛色遗传是由Agouti基因和MC1R基因编码的蛋白相互作用的结果，该研究对不同毛色的37 个家犬品种进行了研究，发现家犬Agouti基因有两个错义突变(A82S和R83H)，由此导致了多种毛色。Ciampolini等[35]报道家犬的毛色是由Agouti基因、MC1R基因和K基因共同作用的结果。以上研究结果充分揭示了家犬毛色遗传的复杂性，为家犬育种实践提供了坚实的理论基础。

2.4 毛皮动物Agouti基因与毛色的关系研究

家养的毛皮动物主要包括狐狸、貉子和水貂，其毛色丰富多样，皮张美观华贵，制成的皮大衣、皮领、镶头、围巾等具有极高的经济价值，且高档养眼。Agouti基因是调控以上毛皮动物的主要功能基因[36-37]，但目前有关貉子、水貂Agouti基因方面的研究鲜有报道，有关狐狸此方面的研究虽有报道，也很薄弱，通过文献查新，仅发现挪威Våge等的2 篇报道。Våge等[36-37]克隆并分析了Agouti和MC1R基因对狐狸毛色的作用，发现狐狸的扩展位点(Extension)和刺豚鼠位点(Agouti)属于非上位关系，这一结果与其它哺乳动物的研究结果正好相反。狐狸MC1R基因编码区一个组成型活性突变(C125R)导致阿拉斯加银狐的毛色表型，而Agouti基因第一个编码外显子的缺失则导致标准银黑狐的毛色表型。同时发现，在携带有Agouti基因等位基因A 的阿拉斯加银狐和亚-阿拉斯加银狐的耳朵均出现红色毛纤维。

3 展 望

Agouti基因是调控动物毛色的一个重要功能基因，深入了解其遗传机制，势必对动物的传统育种起一个完善补充的作用。未来，在传统育种的基础上，利用某种毛色遗传标记来直接选育，必将培育出更多人们喜好的各色动物。

[1] Barsh G S. The genetics of pigmentation: from fancy genes to complex traits[J]. Trends Genet, 1996,12(8):299-305.

[2] Bultman S J, Michaud E J, Woychik R P. Molecular characterization of the mouseAgoutilocus[J]. Cell, 1992,71(7):1 195-1 204.

[3] 胡今尧. 猪的遗传及育种[M].湖南长沙：湖南科学技术出版社，1982.

[4] 郭云超，孙 映. 不同毛色的猪对旋毛虫易感性的初步调查[J]. 河南畜牧兽医，1999, 20(1): 22.

[5] Bultman S J, Klebig M L, Michaud E J, et al. Molecular analysis of reverse mutations from nonAgouti(a) to black-and-tan (a(t)) and white-belliedAgouti(Aw) reveals alternative forms ofAgoutitranscripts[J]. Genes Dev, 1994,8(4):481-490.

[6] Vrieling H, Duhl D M, Millar S E, et al. Differences in dorsal and ventral pigmentation result from regional expression of the mouseAgoutigene[J]. Proc Natl Acad Sci USA, 1994, 91(12):5 667-5 671.

[7] Girardot M, Martin J, Guibert S, et al. Widespread expression of the bovineAgoutigene results from at least three alternative promoters[J]. Pigment Cell Research, 2005,18(1): 34-41.

[8] Girardot M, Guibert S, Laforet M P, et al. The insertion of a full-length Bos taurus LINE element is responsible for a transcriptional deregulation of the NormandeAgoutigene[J]. Pigment Cell Research, 2006,19 (4):346-355.

[9] Drogemuller C, Giese A, Martins-Wess F, et al. The mutation causing the black-and-tan pigmentation phenotype of Mangalitza pigs maps to the porcine ASIP locus but does not affect its coding sequence[J]. Mammilian Genome, 2006,17(1):58-66.

[10] Norris B J, Whan V A. A gene duplication affecting expression of the ovine ASIP gene is responsible for white and black sheep[J]. Genome Research, 2008,18 (8):1 282-1 293.

[11] Fontanesi L, Forestier L, Allain D, et al. Characterization of the rabbitAgoutisignaling protein (ASIP) gene: transcripts and phylogenetic analyses and identification of the causative mutation of the nonAgoutiblack coat colour[J]. Genomics, 2010, 195(3):166-175.

[12] Kwon H Y, Bultman S J, Löffler C, et al. Molecular structure and chromosomal mapping of the human homolog of theAgoutigene[J]. Proc Natl Acad Sci USA, 1994,91(21):9 760-9 764.

[13] Voisey J, van Daal A.Agouti: from mouse to man, from skin to fat[J]. Pigment Cell Res, 2002,15(1):10-18.

[14] Kanetsky P A, Swoyer J, Panossian S, et al. A polymorphism in theAgoutisignaling protein gene is associated with human pigmentation[J]. Am J Hum Genet, 2002,70(3):770-775.

[15] Bultman S J, Michaud E J, Woychik R P. Molecular characterization of the mouseAgoutilocus. [J]. Cell, 1992,71(7):1 195-1 204.

[16] Matsunaga N, Virador V, Santis C, et al. In situ localization ofAgoutisignal protein in murine skin using immunohistochemistry with an ASP-specific antibody[J]. Biochem Biophys Res Commun, 2000,270(1):176-182.

[17] Millar S E, Miller M W, Stevens M E, et al. Expression and transgenic studies of the mouseAgoutigene provide insight into the mechanisms by which mammalian coat color patterns are generated[J]. Development, 1995,121(10):3 223-3 232.

[18] Miltenberger R J, Mynatt R L, Bruce B D, et al. AnAgoutimutation lacking the basic domain induces yellow pigmentation but not obesity in transgenic mice[J]. Proc Natl Acad Sci U S A, 1999,96(15):8 579-8 584.

[19] Rieder S, Taourit S, Mariat D, et al. Mutations in theAgouti(ASIP), the extension (MC1R), and the brown (TYRP1) loci and their association to coat color phenotypes in horses (Equus caballus)[J]. Mamm Genome, 2001,12(6):450-455.

[20] 党 珍，王嘉福，赵星艳，等. 贵州矮马、西南马和伊犁马刺豚鼠信号蛋白基因的多态性[J]. 贵州农业科学，2011,39(6):131-134.

[21] Kigas J M, Tornsten A, Chowdhary B, et al. PorcineAgoutigene map position SSC l7q21[J]. Chromosome Res, 1998,6(3):243.

[22] 付冬丽，杨广礼，代燎原，等. 野猪ASIP基因的突变位点及其与毛色表型的相关性研究[J]. 家畜生态学报，2013,34(2):27-31.

[23] Girardot M, Martin J, Guibert S, et al. Widespread expression of the bovineAgoutigene results from at least three alternative promoters[J]. Pigment Cell Res, 2005,18(1):34-41.

[24] 张建一，梁春年，吴晓云，等. 牦牛Agouti基因的克隆及编码区多态性研究[J]. 华北农学报，2014, 29(5): 59-65.

[25] 付冬丽，杨广礼，郎 侠，等. 中国绵羊ASIP基因突变研究[J]. 甘肃农业大学学报，2014, 9(1):35-40.

[26] 韩吉龙，岳耀敬，裴 杰，等. 藏羊刺鼠信号蛋白基因(Agouti)的多态性及不同颜色被毛皮肤组织中Agouti与小眼畸形相关转录因子基因(MITF)表达的定量分析[J]. 农业生物技术学报，2013,21(3):338-347.

[27] Han J L, Yang M, Yue Y J, et al. Analysis ofAgoutisignaling protein (ASIP) gene polymorphisms and association with coat color in Tibetan sheep (Ovis aries) [J]. Genet Mol Res, 2015,14(1):1 200-1 209.

[28] 孟浩浩，许瑞霞，石国庆，等. 阿勒泰羊与新疆细毛羊ASIP基因多态性与被毛颜色的相关性[J]. 江苏农业科学，2014,42(7):42-46.

[29] 李洪涛，曾献存，张文祥，等. 哈萨克绵羊MC1R和ASIP基因多态性及表达量与被毛颜色表型相关性的研究[J]. 畜牧兽医学报，2013,44(3):366-375.

[30] Schibler L, Vaiman D, Oustry A, et al. Comparative gene mapping: a fine-scale survey of chromosome rearrangements between ruminants and humans[J].Genome Res, 1998,8(9):901-915.

[31] 唐春娟，李祥龙，周荣艳，等. 山羊Agouti基因第1 内含子T128 缺失在中国主要地方山羊品种中的变异[J]. 畜牧兽医学报，2009, 40(3):320-326.

[32] 张 天，张丽英，李祥龙，等. 不同毛色山羊皮肤组织Agouti基因mRNA及其编码ASIP差异表达研究[J]. 畜牧兽医学报，2014, 45(12):1 932-1 938.

[33] Little C C. Inheritance of coat color in dogs[J]. Journal of Heredity, 1957,48(5):247-248.

[34] Berryere T G, Kerns J A, Barsh G S, et al. Association of anAgoutiallele with fawn or sable coat color in domestic dogs[J]. Mamm Genome, 2005,16 (4):262-272.

[35] Ciampolini R, Cecchi F, Spaterna A, et al. Characterization of different 5'-untranslated exons of the ASIP gene in black-and-tan Doberman Pinscher and brindle Boxer dogs[J]. Anim Genet, 2013,44(1):114-117.

[36] Våge D I, Lu D, Klungland H, et al. A non-epistatic interaction ofAgoutiand extension in the fox, Vulpes vulpes[J]. Nat Genet, 1997,15(3):311-315.

[37] Våge D I, Stavda E B, Beheim J,et al. Why certain silver fox genotypes develop red hairs in their coat[J]. Scientifur, 2003,27(4):79-83.

Research Progress ofAgoutiGene and its Effect on Animal Coat Color

LI Ying-jie, TANG Jia-ming, ZHANG Lei, XU Gui-li, ZHANG Weng-xiang, DUAN Ling-xin, LIU Xie-rong, LIU Zheng-zhu*, GONG Yuan-fang*

(CollegeofAnimalScienceandTechnology,HebeiNormalUniversityofScience&Technology,Qinhuangdao，Hebei066004,China)

The animals' hair fiber color, particularly that of fur animals, are mainly determined by the genetic genes.Agoutigene is one of the most important functional genes on regulating coat color of the animal. In this paper, the gene structure and research status ofAgoutigene in human, mouse, common livestock and fur animals were reviewed to provide reference for hair color breeding of animal.

Agoutigene; structure; animals; coat color; research status

2015-01-22

2015-03-06 [基金项目] 国家自然科学基金(31040048，31272412)；河北省高等学校创新团队领军人才培育计划(LJRC004)；河北省自然科学基金(C2013407101)

李英杰(1983-)，男，河南周口人，硕士研究生，研究方向：动物遗传育种。E-mail：15810454825@126.com

*[通讯作者] 巩元芳(1966-)，女，内蒙古商都人，博士，教授，研究方向：动物分子育种。E-mail：gyfkeyan@163.com； 刘铮铸(1968-)，男，内蒙古包头人，博士，教授，研究方向：动物分子育种。E-mail：liuzhengzhu@163.com

S811.6

A

1005-5228(2015)09-0085-05