2021年9月10日，北京大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院、蛋白質(zhì)與植物基因研究國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、北大-清華生命科學(xué)聯(lián)合中心羅述金課題組與中科院動物所鄒征廷課題組在PLoS Genetics上合作發(fā)表論文，通過全基因組和轉(zhuǎn)錄組分析鑒定出決定家鴿眼色多樣性的基因SLC2A11B，其功能缺失突變導(dǎo)致虹膜缺乏黃色形成白眼性狀，并在家鴿馴化過程中長期受到人工選擇。SLC2A11B與部分鳥類藍(lán)或棕黑眼色相關(guān)，在魚類和爬行類動物參與皮膚顏色決定，在鳥類則經(jīng)歷顯著的放松選擇，推測與鳥類從爬行類祖先演化過程中皮層色因羽毛遮蓋而功能冗余相關(guān)，為理解動物色素多樣性的形成和演化提供了新的視角。

脊椎動物豐富的毛色/膚色表型在偽裝、性選擇、個體間交流以及體溫調(diào)節(jié)等方面具有重要作用，而色素色彩主要由黃/紅色素、虹彩/白色素以及黑色素細(xì)胞等三類色素細(xì)胞決定。在鳥類的皮膚中，僅表皮層存在黑色素細(xì)胞，真皮層色素細(xì)胞完全缺失；然而眼睛虹膜卻保留了發(fā)育出完整的三種色素細(xì)胞的潛能。經(jīng)歷了5000多年馴化和人工選育的家鴿呈現(xiàn)豐富的表型多樣性，為探索鳥類色彩提供了理想的研究模型。家鴿眼色主要分為三種：黃眼（虹膜含類黃色素細(xì)胞以及蝶啶和嘌呤兩類色素成分）、白眼（虹膜含類白色素細(xì)胞，缺蝶啶只含嘌呤類色素成分）、牛眼（虹膜不含色素細(xì)胞）。繁育實(shí)踐表明白眼相對于野生型黃眼為單基因常染色體隱性性狀，然而具體遺傳機(jī)制不得而知。

本研究基于92只家鴿的全基因組測序和全基因組關(guān)聯(lián)分析（GWAS）鑒定出家鴿白眼性狀決定基因?yàn)镾LC2A11B無義突變W49X。SLC2A11B編碼一個12跨膜區(qū)轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白，已知其突變影響魚類黃色素細(xì)胞的發(fā)育分化。轉(zhuǎn)錄組分析發(fā)現(xiàn)家鴿SLC2A11B的功能缺失可能會下調(diào)與黃色素細(xì)胞發(fā)育分化相關(guān)的關(guān)鍵基因CSF1R及黃色蝶啶類色素合成通路關(guān)鍵基因GCH1，使得蝶啶合成通路受阻，形成白眼性狀。系統(tǒng)發(fā)育分析表明該SLC2A11B突變起源于距今約5400年前，突變位點(diǎn)附近檢測到強(qiáng)烈的選擇掃除信號，符合該性狀可能作為家鴿的馴化標(biāo)志受到長期人工選擇的假說，從基因組層面拓展了對家鴿馴化起源的理解。

通過對已發(fā)表鳥類SLC2A11B蛋白序列進(jìn)行比對及功能預(yù)測，在6種虹膜缺乏黃色色素的鳥類（眼色為藍(lán)色或棕黑色）均發(fā)現(xiàn)影響正常功能的非同義突變，證明SLC2A11B對于黃眼性狀可能的保守功能及其在鳥類眼色多樣性形成的作用。進(jìn)一步對包括鳥、鱷、龜鱉、蛇蜥、魚等41個物種的脊椎動物同源基因演化分析表明，SLC2A11B在鳥類經(jīng)歷顯著的放松選擇，支持了鳥類由非鳥恐龍祖先演化而來的歷程中，被羽遮蓋使得皮膚顏色在功能上成為冗余，不再受到自然選擇壓力，從而導(dǎo)致鳥類真皮層色素細(xì)胞消亡的假說，為理解鳥類色素多樣性演化提供了新的視角。

羅述金課題組生命科學(xué)聯(lián)合中心2016級博士研究生司思和徐霄副研究員為本文共同第一作者。羅述金研究員、徐霄副研究員，中科院動物所鄒征廷研究員為共同通訊作者。該項(xiàng)目得到國家自然科學(xué)基金、蛋白質(zhì)與植物基因研究國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、生命科學(xué)聯(lián)合中心的資助。

原文鏈接：

https://journals.plos.org/plosgenetics/article?id=”10.1371/journal.pgen.1009770

Si S, Xu X, Zhuang Y, Gao X, Zhang H, Zou Z, Luo SJ. (2021) The genetics and evolution of eye color in domestic pigeons (Columba livia). PLoS Genetics 17(8): e1009770.

基因組分析發(fā)現(xiàn)SLC2A11B功能缺失突變決定家鴿白眼性狀并與鳥類眼色多樣性相關(guān)

來源：北京大學(xué)