蛋用鹌鹑白羽基因座与黑羽基因座互作关系分析

庞有志，赵淑娟，张小辉，白俊艳，吴秋珏，雷莹，游祥宾，王丽莎，王乾昆，刘坤举

（1.河南科技大学动物科技学院，河南 洛阳 471023；2.洛阳市动物遗传育种重点实验室，河南 洛阳 471023；3.漯河食品职业学院食品工程系，河南 漯河 462300）

北京白羽鹌鹑是朝鲜鹌鹑的羽色突变系，该品系于1988年育成，先后被称为中国白羽鹌鹑和北京隐性白羽鹌鹑，是我国自行培育的高产蛋用鹌鹑品系，作为父本与朝鲜鹌鹑（母本）组成自别雌雄配套系。慎伟杰等1988年报道白羽鹌鹑发现与培育过程，认为白羽是朝鲜鹌鹑野生型栗羽A发生隐性突变的结果，符合隐性伴性遗传规律，即白羽公鹑基因型为ZaZa，白羽母鹑基因型为ZaW[1]。岳根华和Song等先后报道朝鲜鹌鹑黄羽突变，证明黄羽也是朝鲜鹌鹑野生型栗羽发生隐性突变的结果，黄羽遵循隐性伴性遗传规律，Y为显性基因决定栗羽，y为隐性基因决定黄羽，黄羽公鹑基因型为ZyZy，母鹑基因型ZyW[2-3]。白羽和黄羽均来自朝鲜鹌鹑野生型栗羽突变，这3种羽色由同一基因座的复等位基因控制，或由多基因座控制需进一步研究。生产中人们观察到白羽和黄羽鹌鹑正反交F1代“返祖式”出现栗羽公鹑，发现可根据羽色自别雌雄，庞有志等对朝鲜鹌鹑栗羽、黄羽和白羽遗传关系进行试验验证，研究表明，这3种羽色并非同一基因座控制的性状，而是由Z染色体上白羽基因座（B/b）和黄羽基因座（Y/y）相互作用的结果，栗羽和黄羽为一对相对性状，分别受Y和y基因控制，但栗羽和黄羽的表现取决于白羽基因座有色基因B存在。有色羽和白化羽为另一相对性状，B为有色基因，b为白化基因，B对b为显性，其相当于慎伟杰等提出决定栗羽和白羽的A和a基因[1]，该对基因不控制具体羽色性状，仅与羽毛色素合成有关，公母鹑仅含B基因，即表现有色羽（栗羽和黄羽）。两座位同时显性时鹌鹑羽色为野生型（栗羽），在有色基因B存在下，Y/y座位隐性纯合时鹌鹑表现为黄羽；白羽基因座隐性纯合时（公鹑为ZbZb，母鹑为ZbW），b基因对Y/y座位具有隐性上位作用，鹌鹑表现隐性白羽[4]。黑羽是庞有志等在朝鲜鹌鹑中发现的又一羽色突变，属于常染色体不完全隐性突变（H/h）[5]，于美琴通过杂交试验发现，黑羽鹌鹑与白羽和黄羽鹌鹑杂交后代出现黑羽、白羽、深灰色和浅灰色等多种羽色，初步判断黑羽基因座位与白羽和黄羽座位存在互作关系[6]。庞有志等进一步验证黑羽基因座与黄羽基因座互作关系，得出在有色基因B存在下，黑羽座位在显性纯合时（HH）能维持正常栗羽和黄羽表达，该座位在杂合和隐性纯合状态下，与黄羽基因座互作可产生多种羽色[7]。

白羽基因座隐性纯合对Y/y座位具有隐性上位作用，是否影响黑羽基因座（H/h）表达，即白羽基因座与黑羽基因座位是否存在互作关系，涉及到黑羽鹌鹑和北京白羽鹌鹑自别雌雄配套系培育和利用问题。为此本试验利用纯系黑羽鹌鹑和纯系白羽鹌鹑开展正反交试验，并作F1代自交和回交试验，观察并记录F1、F2代及B1代羽色及性别分离情况，分析推断基因座B/b和H/h互作关系，为黑羽鹌鹑及其配套系培育提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

北京白羽鹌鹑引自河南省武陟县小徐岗村鹌鹑养殖基地，饲养于河南科技大学试验牧场。黑羽鹌鹑由河南科技大学动物遗传育种科研团队培育并饲养于河南科技大学试验牧场。

1.2 试验方法

1.2.1 正交试验（杂交试验1）

按照公母1∶3比例，随机选取2只纯系黑羽公鹑（3月龄）和6只纯系白羽处女母鹑（50日龄）杂交，组成C1和C2个杂交组，每组单笼饲养。杂交组F1代公母鹑为不完全黑羽，从每个杂交组F1代中随机选取20只不完全黑羽鹌鹑（其中5只公鹑，15只母鹑）组成自交（同胞和半同胞交配）组C1-F1、C2-F1，每组单笼饲养。

1.2.2反交试验（杂交试验2）

按照公母1∶3比例，随机选取50日龄2只纯系白羽公鹑和6只黑羽处女母鹑杂交，与正交试验相对，组成D1和D2两个反交试验组，每组单笼饲养。

1.2.3 回交试验

由于反交试验F1代公鹑为不完全黑羽，母鹑为白羽，按照公母1∶3比例，从F1代中随机选取6只白羽母鹑与2只亲本公鹑回交，组成回交D1-B1组和D2-B1组，每组单笼饲养。

1.3 记录与分析

记录正反交F1、F2代和B1代鹌鹑羽色及性别分离情况，采用Excel 2003处理数据，作χ2检验，分析推断鹌鹑白羽与黑羽基因座互作关系。

2 结果与分析

2.1 正交试验（杂交试验1）

结果见表1，两个杂交组F1代雏鹑公母鹑均为不完全黑羽，其外貌特征明显于朝鲜鹌鹑野生型栗羽，鹌鹑出壳后不完全黑羽与栗羽清晰可辩。F1代公母比例为1∶1（P＞0.05）。

表1 黑羽公鹑和白羽母鹑杂交F1代羽色性状分离情况Table 1 Plumage color segregation situation of F1 generation from hybridization between black feather male quail and white feather female quail

F1代自交结果见表2。F2代出现黑羽、不完全黑羽、栗羽和白羽4种羽色，比例为3∶6∶3∶4，不同羽色鹌鹑性别比例不同，黑羽、不完全黑羽和栗羽3种羽色公母比例均为2∶1（P＞0.05），白羽均为母鹑。出壳当日（1日龄）鹌鹑外貌见图1和2。

表2 黑羽公鹑与白羽母鹑杂交F2代羽色性状分离情况Table 2 Plumage color segregation situation of F2 generation from hybridization between black feather male quail and white female quail

图1 1日龄黑羽、不完全黑羽、栗羽、白羽鹌鹑背部Fig.1 Backview for black,incomplete black,maroon and white plumage at one day in quail

图2 1日龄黑羽、不完全黑羽、栗羽、白羽鹌鹑腹部Fig.2 Abdominal view for black,incomplete black,maroon and white plumage at one day in quail

2.2 反交试验（杂交试验2）

结果见表3。

表3 白羽公鹑和黑羽母鹑杂交F1代羽色性状分离情况Table 3 Plumage color segregation situation of F1 generation from hybridization between white feather male quail and black feather female quail

F1代公鹑为不完全黑羽，母鹑为白羽，雏鹑一出壳即可辨认。与亲本性状相比，F1代羽色出现交叉遗传现象。F1代两种羽色比例与性别分离比例完全一致，为1∶1（P＞0.05），经解剖验证依据羽色自别雌雄准确率达100%。

2.3 回交试验

F1代白羽母鹑与其亲本公鹑回交，B1代公母鹑均表现白羽，性别比例1∶1（P＞0.05），结果见表4。

表4 白羽母鹑与亲本公鹑回交B1代羽色性状分离情况Table 4 Plumage color segregation of situation B1 generation from backcross between white feather female quail and parental white male quail

3 讨论与结论

3.1 白羽基因座与黑羽基因座的互作关系及其验证

从杂交试验1结果可看出，F1代公母鹑均为不完全黑羽，亲本白羽和黑羽在F1代消失。F1代自交，F2代出现黑羽、不完全黑羽、栗羽和白羽4种羽色。杂交试验2（反交试验）F1代公鹑为不完全黑羽，母鹑为白羽，亲本黑羽消失。正交F2代出现羽色性状分离，反交F1代羽色出现交叉遗传现象，初步判定F2代4种羽色是白化基因座（B/b）与黑羽基因座（H/h）互作结果。

研究证实，控制鹌鹑黑羽的基因座（H/h）在常染色体上，黑羽和不完全黑羽在H/h基因座上的基因型分别为hh和Hh[5]，黑羽鹌鹑在白羽基因座位（B/b）和黄羽基因座（Y/y）均为显性，而白羽鹌鹑在B/b座位上发生隐性突变，在（H/h和Y/y）为显性，由此推断本试验所用亲本黑羽鹌鹑公母的基因型分别为hhZYBZYB和hhZYBW，亲本白羽鹌鹑公母的基因型分别为HHZYbZYb和HHZYbW。推测黑羽公鹑和白羽母鹑杂交其F1代公鹑基因型为HhZYBZYb，母鹑基因型HhZYBW。研究证明，有色基因B存在时，Hh对Y/y座位表现为不完全显性上位，Hh与Y_互作表现为不完全黑羽[5]，杂交试验1的F1代无论是公鹑还是母鹑基因型中都存在有色基因B和Hh与Y_的互作，因此公母鹑均应表现不完全黑羽，实际杂交结果与这一理论一致。

反交试验中白羽公鹑和黑羽母鹑杂交，推测F1代基因型公鹑为HhZYBZYb，母鹑为HhZYbW。F1代公鹑由于B基因存在，Hh和Y_互作产生不完全黑羽，这一推测与实际杂交结果吻合。已知H/h座位为野生型时，白化基因b纯合时（ZbZb或ZbW）对Y/y座位为隐性上位[4]，对于F1代母鹑而言，H/h座位基因型杂合时也表现白羽，说明白化基因b纯合时在对Y/y座位隐性上位的同时，对Hh也为隐性上位。即白化基因纯合（ZbZb，ZbW）对H/h座位上的显性纯合（HH）和杂合（Hh）均为隐性上位。

白化基因b对H/h座位的隐性上位作用，还可以通过回交试验得到验证。利用反交试验F1代白羽母鹑（HhZYbW）与其父本白羽公鹑（HHZYbZYb）回交，回交后代公母鹑在B/b座位均为隐性纯合，在H/h座位上有显性纯合HH和杂合Hh，公母鹑均为白羽，实际回交结果后代全为白羽，说明无论是回交亲本还是回交后代，白化基因b纯合时对HH或Hh均具有隐性上位作用。

白化基因b纯合对hh是否具有隐性上位作用，可通过杂交试验1的F2代羽色和基因型分布给予证实。杂交试验1的F2代共出现4种羽色，分别为黑羽、不完全黑羽、栗羽和白羽，比例为3∶6∶3∶4，显然这是两对基因杂合状态下基因互作导致的9∶3∶3∶1变形，即本研究中Y/y座位为显性时（Y），两基因座H/h与B/b互作的结果。由于F1代不完全黑羽公母鹑可分别产生4种不同类型配子（雄性 配 子 为HZYB、HZYb、hZYB、hZYb，雌 性 配 子 为HZYB、hZYB、HW、hW），理论上F2代可形成16种基因型组合和4种羽色表型，4种羽色所占比例及其所对应的基因型为：3/16黑羽（1hhZYBZYB、1hhZYBZYb、1hhZYBW），6/16不完全黑羽（2HhZYBZYB、2HhZYBZYb、2HhZYBW），3/16栗 羽（1HHZYBZYB、1HHZYBZYb、1HHZYBW），4/16白 羽（1HHZYbW、2HhZYbW、1hhZYbW）。其中黑羽、不完全黑羽和栗羽3种羽色的公母比例均为2：1，白羽全部为母鹑，这种羽色类型及其性别分布与实际杂交结果一致（P＞0.05）。

F2代中栗羽、黑羽和不完全黑羽均为有色羽，显然均是B基因存在下基因座H/h和Y/y互作的结果[5]。F2代白羽包含3种基因型，其中基因型为HHZYbW和HhZYbW的个体在F2代中占3/16，是白化基因b对H/h座位隐性上位的结果；还有一种基因型为hhZYbW个体也是白羽，在F2代中占1/16，说明白化基因b纯合时对H/h座位的隐性上位也包括对基因型hh的上位作用。由此得出，白羽是白化基因b对H/h基因座隐性上位作用的结果，即白化基因b纯合时（ZbZb，ZbW），无论H/h座位上的基因型处在何种状态，鹌鹑均表现白羽。

3.2 鹌鹑羽色基因座上位作用及其遗传学意义

两基因座上位作用包括显性上位和隐性上位两类，本研究揭示，在B/b基因座白化基因b纯合时（ZbZb，ZbW），对黑羽基因座（H/h）为隐性上位，无论该基因座基因型处在何种状态，鹌鹑均表现白羽。已知b基因纯合时对Z染色体上的另一基因座（Y/y）具有隐性上位作用，鹌鹑表现为白羽[4]，本研究进一步说明b基因纯合对H/h和Y/y两个座位同时具有隐性上位作用。鹌鹑出现有色羽或白化羽，取决于B/b基因座的基因型状态，B基因存在时（显性纯合或杂合），鹌鹑表现为有色羽，包括栗羽、黑羽、黄羽、不完全黑羽、浅灰羽和深灰羽6种羽色，有色羽的类型则又取决于H/h基因座与Y/y基因座之间的互作关系[7]；当b基因纯合时，对H/h和Y/y座位均为隐性上位，即无论这两个基因座基因型处在何种状态，鹌鹑均表现白羽。Truax等通过试验证明日本鹌鹑中存在有显性白羽（W/w+）和隐性白羽（Wh+/wh）两种突变，但均属于常染色体遗传，不同于本研究的白羽突变[8]。Minvielle等发现日本鹌鹑Z染色体上存在不完全白化基因座位（AL），该座位有3个复等位基因（野生型ALN＞黄棕色ALC＞不完全白化ALA），且与另外一个复等位基因座BR（野生型BRN＞棕色BRB＞乳酪色BRR）存在连锁关系[9]。日本鹌鹑的不完全白化基因座（AL）与乳酪色基因座（BR）之间的连锁关系涉及两个性连锁基因座位间的关系，杂交后代中无黑羽和不完全黑羽性状，本研究揭示的白羽基因座和黑羽基因座的互作关系涉及到性染色体和常染色体两个以上基因座位间的互作关系，显然本研究所揭示的羽色基因座及其互作关系与Minvielle等研究并非同一个羽色基因座位。

Minezawa和Fujiwara等先后在日本鹌鹑中发现黑羽突变，均属于常染色体隐性遗传，一种是孵化期黑羽（Bh），其纯合子在孵化期（10日龄前）致死，黑羽基因只存在于杂合子中[10]；另一种隐性黑羽，只有一种突变型（rb/rb），其羽毛黑色程度较本研究纯系黑羽鹌鹑浅，初生雏鹑绒毛具有与野生型相似的羽线[11]，Hiragaki等进一步研究发现，黑羽基因（rb）是日本鹌鹑黄羽致死基因座位（Y/y+）的第4个等位基因，由ASIP基因内部缺失8个碱基引起移码突变所致[12]。日本鹌鹑的这两种黑羽突变无论从羽色特征还是遗传机制均与本研究涉及的黑羽突变不同，本研究的黑羽突变不具有致死效应，相对于野生型栗羽为不完全隐性，突变基因在杂合体和隐性纯合体均可存在。日本鹌鹑的黑羽基因（rb）与黄羽致死基因（Y）的遗传关系也不同于本研究涉及的黑羽、白羽和黄羽基因座之间的关系，前者属于复等位基因之间的显隐性关系，本研究则涉及三个基因座之间的互作关系，为非等位基因之间的关系。

研究鹌鹑羽色基因互作关系发现，上位基因对下位基因的影响会因下位基因座基因型不同而不同。如在有色基因B存在下，黑羽座位杂合时（Hh）对黄羽座位（Y/y）为不完全显性上位，但不完全黑羽产生首先取决于Y/y座位的显隐性关系，当Y/y座位显性纯合或杂合时，上位作用的结果产生不完全黑羽；当Y/y座位隐性纯合时，上位作用结果产生浅灰色羽；黑羽基因座隐性纯合时（hh）对黄羽座位（Y/y）的隐性上位作用同样受下位基因座不同基因型影响，hh与Y-（YY或Yy）互作导致栗羽变为黑羽，hh与yy互作导致黄羽变为深灰色羽[7]。本研究发现，白化基因b纯合时,对下位基因座H/h和Y/y均为隐性上位，但这种上位作用并不受下位基因座基因型状态影响，无论下位两个基因座位基因型如何变化，白化基因上位作用均表现一致效果，即白羽。此为白化基因隐性上位与黑羽基因隐性上位的不同之处。

如果上位作用称为异位显性，这种“显性”则是相对的，本研究揭示的白化基因隐性上位是完全隐性上位，在有色基因B存在下，黑羽基因的不完全显性上位和隐性上位是不完全上位，与“半上位”或不完全上位或“互加效应”类似[13]，在禽类羽色研究中，这种不完全上位是一种新发现。

由于B/b基因座位于性染色体（Z）上，而H/h座位于常染色体，所以基因b对H/h座位和Y/y具有隐性上位作用，涉及两个以上基因座位间的上位作用，也涉及性染色体与常染色体之间基因互作，有别于遗传学教材中基因互作的概念[13-16]，是基因互作关系的新发现，也是鹌鹑羽色研究新进展，具有重要遗传学研究价值。

本研究通过杂交试验验证白羽基因座和黑羽基因座之间互作关系，以及前期验证的黑羽基因座与黄羽基因座之间的互作关系，均在细胞水平上阐明基因与性状的关系，但其产生分子机制尚不清楚。Wu等发现在鹌鹑黄羽座位有一个内含子突变可能与羽色形成有关[17]，刘坤举等发现鸟嘌呤核苷酸结合蛋白α亚基（GNAS）基因与鹌鹑隐性白羽突变有关[18]。王乾坤等利用RNA-seq技术挖掘出7个与鹌鹑羽色自别雌雄相关的基因，分别为DCT、MLANA、SLC45A2、TYRP1、FAM174A和KIT，这7个基因在自别雌雄一代栗羽鹌鹑中均为高表达基因，而在自别雌雄一代白羽鹌鹑中表达量均较低或不表达[19]，这些研究为探讨鹌鹑羽色自别雌雄机制提供进一步证据，但仍不足以说明白羽、黑羽和黄羽3个基因座间互作关系，还需从分子水平上进行更深入研究揭示不同羽色形成机理和鹌鹑羽色自别雌雄的机制。

3.3 自别雌雄价值

伴性遗传原理在禽类自别雌雄配套系生产中应用广泛[20-23]，我国引进的罗斯、海赛斯、星杂579、迪卡、伊莎、罗曼、海兰等商品蛋鸡均可通过羽速或羽色自别雌雄。庞有志等在研究黑羽基因座与黄羽基因座的互作关系时，对以黑羽鹌鹑为母本，黄羽鹌鹑为父本培育自别雌雄配套系的遗传基础已经阐明[7]。本研究发现，黑羽母鹑与白羽公鹑杂交，其F1代母鹑全为白羽，公鹑为不完全黑羽，F1代羽色在鹌鹑出壳当天可自别雌雄，其遗传基础为白羽基因座与黑羽基因座互作。至此，以黑羽鹌鹑为母本，以黄羽公鹑和白羽公鹑为父本组成自别雌雄配套系的遗传基础已阐述清楚，对鹌鹑早期性别鉴定与黑羽鹌鹑开发利用具有重要意义，在我国蛋用鹌鹑生产中具有重要应用价值。

黑羽鹌鹑与白羽鹌鹑和黄羽鹌鹑组成自别雌雄配套系，其制种原理与一般家禽自别雌雄配套系不同，黑羽鹌鹑配套系自别雌雄原理涉及两个性连锁基因座与一个常染色体基因座之间的互作，这是基因互作与性连锁遗传在家禽自别雌雄配套系育种中的新应用，对我国家禽自别雌雄配套系育种和生产具有重要借鉴意义。

禽类伴性遗传性状在遗传学教学中有其独特教学效果，鸡矮小型（dw）、鸡的慢羽（K）、芦花羽（B）、银色羽（S）等在动物遗传学教学中均是伴性遗传典型案例[14-16]，鸡的快慢羽性状已成功用于遗传学实验教学[24]。鹌鹑具有体型小、产蛋率高、抗病力强和世代间隔短等特点，作为实验动物模型具有更多优势[25]。蛋用鹌鹑白羽和黑羽两基因座的互作关系为开展基因互作和伴性遗传理论及实验教学提供丰富素材和理论依据，将生产中黑羽鹌鹑与白羽和黄羽鹌鹑自别雌雄配套系杂交结果用于遗传学教学也可提高鹌鹑的实验动物学价值。