马豹点毛色遗传机理研究进展

白东义，赵若阳，拉希玛，图格琴，王文兴，黄博光，芒 来*

（1.内蒙古农业大学动物科学学院，内蒙古自治区马属动物遗传育种与繁殖重点实验室，农业农村部马属动物遗传育种与繁殖科学观测实验站，内蒙古农业大学马属动物研究中心，内蒙古呼和浩特 010018；2.内蒙古中蕴马产业集团，内蒙古锡林浩特 026000）

豹点毛马表型（Leopard Complex Spotting）独特，起源于非常古老的突变，西方的古代壁画很早就有对其表型的记载；其存在范围广，从亚洲到西欧的品种都可以找到此类表型[1-2]。与国内传统的根据马毛色外观分类（大类分为骝毛、栗毛、黑毛、白毛和青毛）不同，国外从遗传机理角度将马的毛色分为基础毛色、淡化毛色及白斑和褪色（包括白色）3 大类型。后两者是由多种修饰基因对基础毛色马进行修饰后产生的，其中，豹点毛色属于白斑表型[3]，马体有白色区域，通常集中在臀部或躯干更广的范围，眼部有白色巩膜，马蹄具有竖条纹，显著特点是白色区域及斑点以背轴基本对称分布。国外马品种Appaloosa 和Pony of the Americas 中存在大量豹点毛表型马，在Noriker、Tannu Tuva Pony 和Spanish Mustang 马品种中也有此类表型[4-6]。中国的马品种中，蒙古马和新疆马类群中曾报道存在豹点毛马[7]。在大部分马种群中，豹点毛表型出现的频率并不高；甚至在一些马种中（如阿拉伯马）豹点毛表型更加稀少；但是大多Knabstrupper 马均为豹点毛表型；作为马品种中不常见的表型，豹点毛复杂的遗传机理可以为其他特殊马毛色的研究提供借鉴。

豹点毛马有良好寓意，非常受欢迎，我国领导人对蒙古国进行国事访问时获赠的2 匹蒙古马也均为豹点毛色。但因缺乏保种意识目前我国的豹点毛马数量并不多[7]。现中蕴马产业集团位于内蒙古锡林浩特市的马产业园正在积极选育豹点毛表型马作为观赏旅游用马。因此，了解豹点毛马形成的遗传机理对选育工作的开展非常重要。

1 豹点毛表型主要分类

标准的豹点毛色马表现为白色马体上均匀散布着圆形或椭圆形色素斑点，这类马非常容易和其他类型的豹点毛表型马区分开来，通常的表型如表1 中的Leopard。不同表型的豹点毛马形成机理非常复杂，目前的研究表明有3 个基本因素决定了豹点毛一系列表型：首先，Lp 等位基因决定了是否会产生豹点毛表型；其次，修饰基因决定了斑点分布于马体的哪些区域；再次，另一些修饰基因决定了马体上斑点的形状（圆形到椭圆形）、颜色和大小[8]。三因素缺一不可，相互作用，致使豹点毛马具有多样的表型。

未经系统研究时，豹点表型马被肉眼区分为多种不同的、独立的毛色表型，每种表型从外观上看没有任何联系（表1），从而产生了五花八门的马毛色名称，根据斑点最小到最大，最少到最多，包括mottled、frost、snowflake、varnish roan、blanket、snowcap blanket、near leopard（接近标准豹点毛色，马体约80%～90%白色区域均带有斑点）、leopard 和few spot leopard。以上每一种表型都具有其独特的特征，马体上同时表现出2 种或更多表型特征也很常见。尽管在视觉上差异较大，但这些看似独立的表型都可归因于同样的遗传机理，且都由同一个主基因调控。如snowflake 表型与leopard 表型外观差异非常大，很难想象它们是由相同的遗传机制产生。

2 豹点毛色表型的遗传机理

豹点毛色表型非常复杂，某些情况下肉眼判定马匹属于何种毛色表型非常困难。研究表明，控制这一系列表型基本围绕着一个双基因座模型，这一遗传模型中的主基因可使豹点毛马身体白色区域的范围产生不同变化。除此之外，还有一些其他的修饰基因参与调控，它们共同作用形成了一系列表型（从全身遍布斑点、只在一定区域分布到几乎完全为白色）。虽然产生这些表型的基因相互作用关系是复杂的，但是简化后的双基因座模型可以展示这一表型形成的基本原理。这个模型可以直观的理解为，存在1 个主基因决定了马是否为豹点毛色马，然后许多其他的修饰基因会影响斑点的范围、颜色和大小等（图1）。

表1 几类典型豹点毛表型

图1 豹点毛马遗传机理图[9]

2.1 决定豹点毛色表型的主基因 决定是否产生豹点毛色表型的是一个单等位基因（leopard complex，LpLp）。LpLp为不完全显性遗传，纯合子与杂合子具有不同表型。等位基因型为LpLpLpLp的纯合子马体上几乎看不到色素斑点存在，但杂合子通常具有斑点。纯合子（LpLpLpLp）和杂合子（LpLpLp+）白色区域分布程度大不相同，完全独立遗传（图1）。

杂合子通常从白色最小范围的区域（只有臀部）到全身带有斑点。纯合子在上述相同区域则无明显斑点（多数为few spot leopard 表型，存在snowcap blanket 表型）。一些只含单个显性等位基因LpLp的杂合子马在出生时并没有豹点毛表型，但有一些其他特征可证明该等位基因确实存在，如皮肤斑驳、马蹄上含斑纹和巩膜呈白色[10-11]，这些马随着年龄的增长会被认为是沙色毛马[5]。这一现象在纯合子和杂合子上都存在，分别具有完全不同的基因型。杂合子和纯合子马中都可能出现白耳表型，因此这项不能作为判定合子性的指标。

除了外观表型有明显的差异外，其他一些表型差异也可初步区分纯合子和杂合子。纯合子马患有先天性静止性夜盲症[6]，在弱光条件下看不见东西[12-15]。一些纯合子马的眼睛有时比其他马小一些，偶尔会向上倾斜，这使它们看起来总像是在向上看[15]，这种特征最可能发生在纯合子中，但极少数也可能出现在杂合子中。纯合子和杂合子的马蹄条纹也有区别，杂合子是深色蹄壁上有浅色的垂直条纹，而在一些纯合子上则相反，即白色马蹄上具有深色的垂直条纹。另外，许多纯合子都具有完全接近白色的蹄子。尽管存在许多表型的辨别方式，判断一匹豹点毛色马是纯合子还是杂合子最准确的方法还得通过DNA 检测，单凭表型推测是不可靠的[16-17]。

产生豹点毛表型的主基因为瞬时受体电位离子通道家族成员1（M 亚家族）基因 （Transient Receptor Potential Cation Channel, Subfamily M, Member 1，TRPM1），此基因位于马1 号染色体。由于TRPM1 基因内含子1 中有1 378 bp 碱基插入影响了基因的正常表达，最终导致了产生豹点毛表型及纯合子马的夜盲表型[18-19]。研究马的这种遗传特性有助于阐明TRPM1 蛋白在马、人和小鼠眼睛夜视功能中的作用，比如含TRPM1 突变的人也有夜盲症，但他们没有任何皮肤或毛发色素沉着发生变化[20-22]。目前的研究一直致力于解释TRPM1 基因中这些插入的DNA 碱基如何改变马的色素沉着。这种插入来源于逆转录病毒，马被驯化之前就已存在。这种突变可以追溯到更新世时期[23]。

LpLp等位基因是唯一决定马是否产生豹点毛表型的因素，马必须遗传到这一等位基因才会具有豹点毛色的复杂表达模式并表现出相关表型特征。所有具此表型的马中，上文提到的3 个基本因素都可能会经修饰基因修饰，这些基因从完全被抑制，从最小表达到最大表达产生出了有规律的一系列表型。许多导致这些表达差异的修饰基因都具遗传性，产生的表型独特，因此这些修饰基因在育种中很容易被马饲养者选择后保留下来，与古代均为自然选择保留下来的毛色表型不同[24-26]，这类表型几乎是人工选择的产物[27]。

2.2 决定豹点毛色表型的修饰基因

2.2.1 影响豹点毛表型的主要修饰位点——Pattern 1 Pattern 1 型（或称PATN1 型）是对豹点毛表型影响程度最大的修饰位点。截止目前为止，大多数关于豹点毛表型的分子研究都基于此修饰位点[4,8]。PATN1 显性遗传，在决定马体出生时白色区域范围超过60% 时起关键作用，包括leopard 和near leopard，基因型一般表示为LpLpLp+、 PATN1P—，而few spot leopards 和near few spot leopards 基因型表示为LpLpLpLp、 PATN1P—。Blanket 表型马通常缺乏PATN1P这一显性等位基因，如果马臀部的白色区域中有色素斑点，则基因型表示为LpLpLp+、PATN1+PATN1+。

带有PATN1P 等位基因的马出生时具有60%～100%的白色区域，包括blanket 和 leopards。大多数马至少有80% 的白色区域，但有一些马例外，它们的白色区域范围被其他一些因素抑制，这些例外下文将进行详细讨论。

那些只含PATN1+却没有PATN1P基因型的马通常只具有0%～40%的白色区域。出生时具有40%～60%白色区域的马很难判断其具有PATN1+还是PATN1P哪种基因型，特别是介于这一区间内blanket 表型的马。还有在一些极特殊情况下，马体虽表现出超过60% 的白色区域，但不含PATN1P显性等位基因。这可能是由于该修饰基因未表达出来相应表型。除这些例外情况，大多数马可通过白色区域的面积准确地判别出其具有哪类PATN1 等位基因。

有些马虽具有PATN1P显性等位基因但不具有LpLp（或Lp+Lp+）等位基因，马体不会出现白色区域表型。这是由于缺乏LpLp主基因致使PATN1P等位基因没有表达。这也是一些农场主育种时保留无豹点毛表型马的原因，因为它们具有的PATN1P等位基因可以遗传给后代，如果将其与含LpLp等位基因的马匹交配，后代仍然可以产生标准豹点毛马。

PATN1 位点定位于马3 号染色体。经证实，RFWD3（RING finger and WD repeat domain 3） 基 因3'-UTR 区单核苷酸多态性（T＞G）与PATN1 表型相关[8]。这种突变调控了后续基因产物的数量，从而影响色素合成。但此基因在色素沉着中的作用尚不清楚[8]。

综上所述，产生这一系列表型的基本原理均是由于LpLp和PATN1P2 个等位基因的开关所致。

2.2.2 其他与马体白色区域范围相关的因子 除了PATN1修饰位点外，其他一些修饰位点也参与调控豹点毛表型白色区域的范围[28-30]，它们以复杂的方式互相作用产生最终表型。这些修饰基因的相互作用存在拮抗关系，这些额外的修饰作用可以解释为什么一些具有LpLp和PATN1P显性等位基因的马体只有60%的白色区域，而其他的则具有90%～100% 的白色区域，也同样解释了为什么在40%～60%白色区域范围内的豹点毛表型有的含PATN1P，有的却没有。除了PATN1P，其他的修饰位点遗传机理非常复杂，还未被研究透彻[8,29,31]。

基础毛色有助于确定豹点毛表型白色区域的范围[32]。其中，栗毛马马体平均具有更大范围的白色区域，黑毛马较小，骝毛、褐骝毛马介于这两者之间[32]。淡化毛色相关基因对豹点毛表型白色区域的大小没有影响。

性别对白色区域的范围也有影响。公马的白色区域平均比母马多10%～15%。这在不同马群中的表现也略有不同[9,32]。

若豹点毛表型的马同时具有沙边毛马（Sabino，Sb 位点）[3,33]表型，则白色区域的面积平均达10% 左右。这也许是多个基因位点参与后产生了增效效应。少数豹点毛马种群中没有Sb 和PATN1P等位基因的马为blankets，具有明显大范围的白色区域（高达70%）。这与near leopard 的表型相近，但基因型完全不同，并不是PATN1+所致。这表明除PATN1P外，其他的低基因频率修饰基因也可以在决定白色区域大小中发挥重要作用。这些其他修饰位点以及具体调控机理还不清楚[34-35]。它们可能存在于所有豹点毛马品种中，可能只特定存在于少数马品种中，也可能仅限于少数几个马家族中具有。同样不确定这些修饰位点与哪些基因相关[36-40]。

2.2.3 其他与斑点表型相关的因子 马体斑点的大小和数量和多种因子相关。如马的基础毛色、脸部和腿部别征以及性别[10,41]。

基础毛色[9]类型对豹点毛表型具有重要影响。黑毛马往往具有最大和最多的斑点。相比之下，栗毛马具有的斑点最小最少。骝毛和褐骝毛的斑点大小和数量介于黑毛马和栗毛马之间。淡化毛色相关基因似乎对斑点的大小和数量没有任何影响。

面部和腿部具有白色别征，斑点数量和尺寸相应会减少[42]。类似地，沙边毛表型与豹点毛表型结合，倾向于减少白色区域中斑点的大小和数量。这可能导致一些杂合LpLpLp+马的表型与沙边毛表型相类似，却还有可能是纯合的snow cap（LpLpLpLp）。经典的沙毛马（Roan）[9]基因几乎不会使马身上产生斑点。此外，雄性比雌性具有更大的斑点，而雌性斑点小但数量更多。造成这些性别差异的原因尚不清楚[32]。

对斑点的大小和数量影响最大的还是LpLp等位基因本身。纯合子（LpLpLpLp）马的白色区域几乎没有含色素的斑点出现。当这些纯合子同时具有PATN1P显性等位基因时，它们表现为few spot leopards；当不表达这一等位基因时，它们表现为snow cap blankets。

2.2.4 修饰影响沙色表型的程度 亮沙色毛（Varnish roan）属于豹点毛表型，与沙毛马（Roan）和青毛（Gray）表型相近[43]，但遗传机理不同。同时具Roan 表型的豹点毛马可附加产生从varnish roan、frost 到snowflake等等白斑范围不同的表型。这些区别通常是由于马年龄增长，白色毛发的生长范围不同造成的。一些有着豹点毛马遗传背景的马最终会形成亮沙色毛，而另一些马则近乎全白。

有影像资料证明，基础毛色马，无论是否具有脸部或腿部别征，性别都会对最终的表型产生影响。无脸部、腿部别征的黑色基础毛色母马对varnish roaning 或snowflake roaning 影响很小[5]。此外，纯合子（LpLpLpLp）马比杂合子马表现出更广泛的roan 表型[5]。这些差异导致了最终不同的表型，目前没有进行分子水平上的研究。

3 小 结

豹点毛马所具有的表型种类繁杂且看似毫无关联，起初很容易让人认为此类表型等位基因在遗传上是非常不稳定的，在遗传过程中经常会出现基因突变。在其他物种中也存在类似的情况（如狗中的merle 表型[44]）。然而，在对豹点毛马家族的研究中，没有任何证据表明豹点毛等位基因遗传上的不稳定性，所以这一系列表型可能存在一个共同的遗传机理，而不是频繁的基因突变所致[1]。

少数品种中含LpLp等位基因，但因缺乏PATN1P等位基因或任何其他主要修饰基因，这些品种基本不具有豹点毛表型。这是因为马体白色区域的范围受到PATN1P或其他修饰基因抑制，未产生相应表型。 有些品种，如Connemara、Welsh Pony 和 American Quarter Horse，通常缺乏PATN1P或其他修饰基因。然而，在这些品种中偶尔也会出现一些非常标准的豹点毛表型马。对此的一种解释是PATN1P（或其他一些未被发现的修饰位点）在某些极少数的情况下可以和LpLp相互作用，导致马体白色区域增加。

LpLp位点的存在使豹点毛马体产生白色区域并具有深色的色素斑点。PATN1P位点的存在将豹点毛马表型变为一个双基因座模型。LpLp是一个主基因位点，PATN1P和其他尚未确定的修饰位点（促进和抑制）共同作用决定了最终表型。结果是具有LpLp位点但缺少其他修饰位点的马几乎不表现豹点毛表型，携带PATN1P但没有LpLp的马也不具有豹点毛表型。所以，只有同时具有LpLp和PATN1P基因位点的马更倾向于产生豹点毛表型。