不同毛色豚鼠的TYR及MC1R基因多态性及组织表达分析

doi:10.12300/j.issn.1674-5817.2024.105

实验动物与比较医学 ›› 2025, Vol. 45 ›› Issue (1): 21-29.DOI: 10.12300/j.issn.1674-5817.2024.105

• 实验动物资源开发与利用 • 上一篇下一篇

不同毛色豚鼠的TYR及MC1R基因多态性及组织表达分析

汤银根¹(), 冯亚仙¹, 钟敏¹, 卫振², 汪洌², 刘迪文²()()

^1.浙江宏润生物科技有限公司, 桐乡 314512
^2.浙江大学实验动物中心, 杭州 310013

收稿日期:2024-07-23 修回日期:2024-10-29 出版日期:2025-03-12 发布日期:2025-02-25
通讯作者: 刘迪文（1958—），男，本科，研究员，研究方向：实验动物培育及其生物学研究。E-mail：liudiwen2004@163.com。ORCID：0000-0002-2921-4227
作者简介:汤银根（1973—），男，大专，兽医师，研究方向：实验动物繁育及管理。E-mail：185410091@qq.com
基金资助:
浙江省基础公益研究计划项目“通过重测序和FISH定位建立豚鼠SSR遗传检测方法的研究”(LTGD24C040001)

Polymorphism and Tissue Expression Analysis of TYR and MC1R Genes in Guinea Pigs with Different Coat-Color Phenotypes

TANG Yingen¹(), FENG Yaxian¹, ZHONG Min¹, WEI Zhen², WANG Lie², LIU Diwen²()()

^1.Zhejiang Hongrun Biotechnology Co. , Ltd. , Tongxiang 314512, China
^2.Laboratory Animal Center, Zhejiang University, Hangzhou 310013, China

Received:2024-07-23 Revised:2024-10-29 Published:2025-02-25 Online:2025-03-12
Contact: LIU Diwen (ORCID:0000-0002-2921-4227), E-mail: liudiwen2004@163.com

摘要/Abstract

摘要：

目的为定位豚鼠优势性状基因筛选遗传标志，探索豚鼠酪氨酸酶（tyrosinase，TYR）、黑素皮质素1受体（melanocortin 1 receptor，MC1R）基因多态性及其mRNA表达水平与毛色表型的关系。方法选择自主培育的普通级豚鼠57只，依据毛色分为白（22只）、花（22只）和黑（13只）3组。腹腔注射过量戊巴比妥钠对豚鼠施行安乐死后，取背部皮肤，提取组织中DNA。通过克隆测序，检测各组豚鼠TYR、MC1R基因外显子编码序列（coding sequence，CDS）的多态性，采用实时荧光定量PCR方法检测两个基因在皮肤组织中的mRNA表达，进而探讨两基因与豚鼠毛色的关系。结果在TYR外显子Ⅰ的CDS区域发现1个单核苷酸多态性（single nucleotide polymorphism，SNP）位点，其碱基A被G替换。所有白色豚鼠的TYR基因呈G/G基因型；深色（花、黑）豚鼠无G/G基因型，多数为A/A型，少数为A/G型；黑色豚鼠的A/A基因型频率高于花色豚鼠。MC1R基因外显子有2 760 bp序列缺失，标记为-基因；非缺失样本标记为N基因。大部分白色豚鼠的MC1R基因呈-/-基因型；花色豚鼠以-/N为主；黑色豚鼠以N/N为主，-/N次之。白色豚鼠的TYR基因表达水平较高，花色豚鼠较低，黑色豚鼠居中，但三者无显著性差异（P>0.05）。白色豚鼠的MC1R基因表达水平非常低，花色及黑色豚鼠均极显著高于白色豚鼠（P<0.01），黑色豚鼠又显著高于花色豚鼠（P<0.05）。结论豚鼠TYR与MC1R基因协同调控毛色。TYR基因的G位点突变可能导致豚鼠白化，MC1R基因的N位点改变影响毛色的深浅。

关键词: 豚鼠, 基因多态性, 基因表达, 毛色, 酪氨酸酶, 黑素皮质素1受体

Abstract:

Objective To explore the polymorphism of tyrosinase (TYR) and melanocortin 1 receptor (MC1R) genes and their mRNA expression levels in relation to coat-color phenotypes in guinea pigs, providing genetic markers for locating dominant traits in guinea pigs. Methods A total of 57 self-bred ordinary-level guinea pigs were selected and divided into three groups based on coat color: white (n=22), variegated (n=22) and black (n=13). The guinea pigs were euthanized with an overdose of pentobarbital sodium via intraperitoneal injection. DNA was then extracted from the dorsal skin tissue. Polymorphism in the coding sequence (CDS) of the exons of the TYR and MC1R genes in each group was detected by cloning and sequencing. The mRNA expression of the two genes in skin tissues was detected by real-time fluorescent quantitative PCR to investigate the relationship between these genes and guinea pig coat color. Results A single nucleotide polymorphism (SNP) site was found in the CDS region of TYR exon Ⅰ, where the base A was replaced by G. All white guinea pigs had the G/G genotype for TYR, while no deep-colored (variegated and black) guinea pigs exhibited the G/G genotype for TYR. Most deep-colored guinea pigs had the A/A genotype, and a few had A/G genotype. The A/A genotype frequency in black guinea pigs was higher than in variegated guinea pigs. A 2 760 bp sequence deletion was identified in the exon of the MC1R gene, marked as the - gene, with non-deleted samples marked as N gene. Most white guinea pigs had the -/- genotype for MC1R, variegated guinea pigs mainly had the -/N genotype, and black guinea pigs mainly had the N/N genotype, with a few showing the -/N. The TYR gene expression level was higher in white guinea pigs, lower in variegated guinea pigs, and intermediate in black guinea pigs, but there was no significant difference among the three groups (P>0.05). The MC1R gene expression level in white guinea pigs was extremely low, while both variegated and black guinea pigs showed significantly higher levels than white guinea pigs (P<0.01). Black guinea pigs showed significantly higher levels than variegated guinea pigs (P<0.05). Conclusion The TYR and MC1R genes synergistically regulate coat color of guinea pigs. The G-site mutation in the TYR gene may lead to albinism, and the change of N-site in the MC1R gene affects the depth of the coat color.

Key words: Guinea pig, Gene polymorphism, Gene expression, Coat color, Tyrosinase, Melanocortin 1 receptor

中图分类号:

Q95-33

汤银根,冯亚仙,钟敏,等. 不同毛色豚鼠的TYR及MC1R基因多态性及组织表达分析[J]. 实验动物与比较医学, 2025, 45(1): 21-29. DOI: 10.12300/j.issn.1674-5817.2024.105.

TANG Yingen,FENG Yaxian,ZHONG Min,et al. Polymorphism and Tissue Expression Analysis of TYR and MC1R Genes in Guinea Pigs with Different Coat-Color Phenotypes[J]. Laboratory Animal and Comparative Medicine, 2025, 45(1): 21-29. DOI: 10.12300/j.issn.1674-5817.2024.105.

图/表 11

图1 白色（A）、花色（B）和黑色（C）豚鼠的毛色表型

Figure 1 White （A）， variegated （B）， and black （C） coat-color phenotypes of the guinea pigs

表1 测序扩增TYR、MC1R基因编码序列的引物

Table 1 Primers for amplifying the coding sequences of the TYR and MC1R genes

引物名称

Primer name

引物序列（5'→3'）

Primer sequence (5' to 3')

扩增片段长度/bp

Length of amplified

fragment/bp

位置

Location

TYR-1F1

TYR-1R1

GCTCAAACAGAGTTTGGAAGCA

AAACATGGGAGTTGATCCATTCTT

534

外显子Ⅰ

TYR-1F2

TYR-1R2

GAGTGTCCCAGAGAAGGATAAATTC

ATGAGGTGCTCTGTAAGGACAGATA

571

外显子Ⅰ

TYR-2F

TYR-2R

CCTGATTATTAGAAATCAAAGCTGGTAAC

AATTTAAACACAAAGTCAGGAGGAAA

382

外显子Ⅱ

TYR-3F

TYR-3R

TAGTCATTTGGACTTTTATCAGGTAAACTA

AATCCTACCAACTGGGTAAATTAGCATA

387

外显子Ⅲ

TYR-4F

TYR-4R

ATATTATGTAGGGCACAATAGCATGAA

TAGAGATAACACTCTAGAAACATAAACTT

462

外显子Ⅳ

TYR-5F

TYR-5R

AAAAATTGAGATTTCCTTCTATTTCAG

GATCTTCACTGACAAACAGGGATT

365

外显子Ⅴ

MC1R-F

MC1R-R

CACTCTTGGGACCCCTGGAT

TTCCTGCTTTTTGGGGTCATACTC

1 249

外显子

MC1R-F2

MC1R-R2

CCCCGTGATAAACAGCACAATGG

TTGTGCCTCCTTTGCTTGTGTC

3 956 or 1 196

外显子Ⅰ

图2 MC1R基因的引物结合位置注：黄色区域为编码序列（CDS）区。两个直箭头之间为序列缺失区（某些个体具有）。

Figure 2 Primer binding site of MC1R geneNote： Yellow area represents the coding sequence （CDS）. The sequence missing area is between two arrows （present in some individuals）.

表2 PCR检测TYR、MC1R基因表达量的引物序列

Table 2 Primers for PCR detection of TYR and MC1R gene expression

引物名称

Primer name

引物序列（5’→3’）

Primer sequence (5’ to 3’)

扩增片段长度/bp

Length of amplified fragment/bp

位置

Location

TYR-F

TYR-R

TGGAACAAGCACGTCAGATCTG

AGCTGCTTTCTCTTGTGATGGC

118

TYR编码序列Ⅴ区域

MC1R-F

MC1R-R

TCGCCGTGGACCGCTATATCTC

AGGTGATGAAGAGGGTGCTGGAG

132

MC1R编码序列

β-actin-F

β-actin-R

TGTGGATCGGCGGCTCTATC

GACTCATCGTACTCCTGCTTGC

β-actin

图3 豚鼠TYR基因外显子I编码序列区域的SNP峰值图注：A为A/A野生纯合型；B为G/G突变纯合型；C为A/G杂合型（绿色峰与黑色峰合并）。

Figure 3 Single nucleotide polymorphism （SNP） peak plot in the coding sequence region of TYR gene exon Ⅰ in guinea pigsNote： A， A/A Wild homozygous； B， G/G Mutant homozygous； C， A/G Heterozygous （green peak combined with black peak）.

图4 豚鼠TYR基因外显子I 编码序列区域的变异点氨基酸序列

Figure 4 Amino acid sequences at the mutation point in the coding sequence region of TYR gene exon Ⅰ in guinea pigs

图5 豚鼠MC1R基因外显子缺陷区域的峰值图注：垂直箭头指示序列断裂点。

Figure 5 Peak plot of the deleted sequence region in the exon of MC1R gene in guinea pigsNote：Vertical arrow indicates the sequence breakpoint.

图6 豚鼠MC1R基因PCR产物电泳图注：1、4泳道为-/-突变纯合型，2、5泳道为N/N野生纯合型，3、6泳道为-/N杂合型。1、2、3泳道为MC1R F/R引物扩增产物，4、5、6泳道为MC1R F2/R2引物扩增产物。

Figure 6 Electrophoretic map of PCR products of MC1R gene in guinea pigsNote： 1， 4 lanes are -/- Mutant homozygous type； 2， 5 lanes are N/N Wild homozygous type； 3， 6 lanes are -/N Heterozygous type. 1， 2， 3 lanes are the amplification products of MC1R F/R primers； 4， 5， 6 lanes are amplification products of MC1R F2/R2 primers.

表3 豚鼠TYR基因的基因型频率及基因频率

Table 3 Genotype and gene frequencies of the TYR gene in guinea pigs

品种

Breed

基因型频率（样本数）

Genotypic frequency（Sample size）

基因频率（基因数）

Gene frequency（Gene count）

G/G

G/A

A/A

Zmu-1:DHP （n=22）

DHP （n=22）

1.00 （22）

0.00 （0）

0.23 （5）

0.00 （0）

0.77 （17）

1.00 （44）

0.11 （5）

0.00 （0）

0.89 （39）

表4 豚鼠MC1R基因的基因型频率及基因频率

Table 4 Genotype and gene frequencies of the MC1R gene in guinea pigs

品种

Breed

基因型频率（样本数）

Genotypic frequency（Sample size）

基因频率（基因数）

Gene frequency（Gene count）

-/-

-/N

N/N

Zmu-1:DHP （n=22）

DHP （n=22）

0.82 （18）

0.23 （5）

0.14 （3）

0.55 （12）

0.05 （1）

0.23 （5）

0.89 （39）

0.50 （22）

0.11 （5）

0.50 （22）

图7 实时荧光定量PCR检测豚鼠TYR、MC1R基因的RNA表达量注：TYR基因中，白色与花色和黑色豚鼠比较，P>0.05；花色与黑色豚鼠比较，P>0.05。MC1R基因中，白色与花色和黑色豚鼠比较，P<0.01；花色与黑色豚鼠比较，P<0.05。

Figure 7 RNA expression levels of TYR and MC1R genes in guinea pigs detected by real-time fluorescent quantitative PCRNote： In the TYR gene， white group is compared with variegated （decor） and black groups， P>0.05； variegated （decor） group is compared with black group， P>0.05. In the MC1R gene， white group is compared with variegated （decor）and black groups， P<0.01； variegated （decor） group is compared with black group， P<0.05.

参考文献 15

1	刘迪文, 谢敏, 陈雁虹, 等. Zmu-1: DHP近交系豚鼠的培育及其分子遗传结构初步鉴定[J]. 中国实验动物学报, 2017, 25(1):90-96. DOI: 10.3969/j.issn.1005-4847.2017.01.017 .
	LIU D W, XIE M, CHEN Y H, et al. Breeding of Zmu-1: DHP inbred strain guinea pig and preliminary analysis of molecular genetic structure of the strain[J]. Acta Lab Anim Sci Sin, 2017, 25(1):90-96. DOI: 10.3969/j.issn.1005-4847.2017.01.017 .
2	刘迪文. Zmu-1: DHP豚鼠部分生物学特性研究[J]. 畜牧兽医学报, 2006, 37(5):492-495. DOI: 10.3321/j.issn: 0366-6964.2006.05.014 .
	LIU D W. Study on some biological characters of Zmu-1: DHP guinea pig[J]. Acta Vet Zootechnica Sin, 2006, 37(5):492-495. DOI: 10.3321/j.issn: 0366-6964.2006.05.014 .
3	张亚楠, 高宁宁, 王思敏, 等. MC1R基因多态性与烧伤后创面感染易感性及免疫功能的关联[J]. 中华医院感染学杂志,2022,32(5):731-734. DOI:10.11816/cn.ni.2022-210791 .
	ZHANG Y N, GAO N N, WANG S M, et al. Association between MC1R gene polymorphism and susceptibility to burn wound infection and immune function[J]. Chin J Nosocom, 2022, 32(5):731-734. DOI:10.11816/cn.ni.2022-210791 .
4	YU F, JIAO S Y, LAI W N, et al. Conserved aspartate-to-glycine mutation in tyrosinase is associated with albino phenotype in domestic guinea pigs (Cavia porcellus)[J]. Anim Genet, 2018, 49(4):354-355. DOI: 10.1111/age.12683 .
5	VIDAL O. Deleterious mutations of MC1R in guinea pig[J]. Anim Genet, 2018, 49(5):498-499. DOI: 10.1111/age.12708 .
6	赖伟宁, 康建红, 于丰, 等. MC1R基因多态性与豚鼠隐性黄毛色的相关性分析[J]. 四川动物, 2019, 38(5):506-511. DOI: 10.11984/j.issn.1000-7083.20190114 .
	LAI W N, KANG J H, YU F, et al. Association analysis of polymorphism of MC1R gene with recessive yellow-coated color in Cavia porcellus [J]. Sichuan J Zool, 2019, 38(5):506-511.DOI: 11984/j.issn.1000-7083.20190114 .
7	赵净颖, 李丰耘, 豆腾飞, 等. 武定乌骨鸡MC1R基因多态性与黑色素沉积的关联研究[J]. 畜牧与兽医, 2023, 55(5):1-6.
	ZHAO J Y, LI F Y, DOU T F, et al. The association between MC1R gene polymorphism and melanin deposition in Wuding silky fowl[J]. Anim Husb Vet Med, 2023, 55(5):1-6.
8	宋兴超, 刘琳玲, 潘虹军, 等. 水貂酪氨酸酶(TYR)基因克隆、SNPs筛查及其皮肤组织mRNA差异表达分析[J]. 畜牧兽医学报, 2021, 52(1):66-76. DOI: 10.11843/j.issn.0366-6964.2021.01.007 .
	SONG X C, LIU L L, PAN H J, et al. Cloning,SNPs screening and mRNA differential expression analysis of TYR gene in skin of mink (Neovison vison)[J]. Acta Vet Zootechnica Sin, 2021, 52(1):66-76. DOI: 10.11843/j.issn.0366-6964.2021.01.007 .
9	YAN S Q, ZHAO D H, HU M Y, et al. A single base insertion in the tyrosinase gene is associated with albino phenotype in silver foxes (Vulpes vulpes)[J]. Anim Genet, 2019, 50(5):550. DOI: 10.1111/age.12816 .
10	马晓君, 苏咏梅, 朱文进, 等. 中国家驴TYRP1基因第二内含子多态性分析[J]. 黑龙江畜牧兽医, 2024 (6):110-114. DOI: 10.13881/j.cnki.hljxmsy.2023.04.0183 .
	MA X J, SU Y M, ZHU W J, et al. Analysis of polymorphisms in the second intron of TYRP1 gene of Chinese domestic donkeys[J]. Heilongjiang Anim Sci Vet Med, 2024 (6):110-114. DOI:13881/j.cnki.hljxmsy.2023.04.0183.DOI:
11	朱谋, 王继文. 鸭色素合成相关基因TYR外显子1单核苷酸多态性及其与羽色性状相关性分析[J]. 四川农业大学学报, 2018, 36(2):254-260. DOI: 10.16036/j.issn.1000-2650.2018.02.018 .
	ZHU M, WANG J W. Association between single nucleotide polymorphisms of first exon of the melanogenic-related TYR gene and the plumage color traits of ducks[J]. J Sichuan Agric Univ, 2018, 36(2):254-260. DOI: 10.16036/j.issn.1000-2650.2018.02.018 .
12	杨永升, 邓学梅, 李宁, 等. MC1R是控制鸡黑色素形成的候选主效基因[J]. 生物化学与生物物理进展, 2004, 31(6):500-505. DOI: 10.3321/j.issn: 1000-3282.2004.06.004 .
	YANG Y S, DENG X M, LI N, et al. MC1R is the candidate gene regulating melanin synthesis in chicken[J]. Prog Biochem Biophys, 2004, 31(6):500-505. DOI: 10.3321/j.issn: 1000-3282.2004.06.004 .
13	MANNING J T, BUNDRED P E, HENZI P. Melanin and HIV in sub-Saharan Africa[J]. J Theor Biol. 2003, 223(1):131-133. DOI: 10.1016/s0022-5193(03)00070-5 .
14	胡国斌, 郑从义, 屈三甫, 等. 黑色素抑制流感病毒诱导宿主细胞凋亡[J]. 中国病毒学, 1999, 14(2): 140-146.
	HU G B, ZHENG C Y, QU S F, et al. Studies on Inhibitory Effect of Melanin on the Apoptosis
	Induced by Influenza Virus in Host Cells[J]. Virol Sin, 1999, 14(2): 140-146.
15	鲁明, 付欣, 于淼. 天然黑色素提取与生物功能研究进展[J]. 中国食品添加剂, 2020, 31(1):165-171. DOI: 10.19804/j.issn1006-2513.2020.01.020 .
	LU M, FU X, YU M. Research progress of natural melanin extraction and its biological function[J]. China Food Addit, 2020, 31(1):165-171. DOI: 10.19804/j.issn1006-2513.2020.01.020 .

[1]	吴畅, 李晓洁, 吴殷囡, 王瑶, 汪玉馨, 宗卫峰, 孟长虹, 陆益红. 离体豚鼠回肠法应用于骨肽类注射剂中组胺类物质检测[J]. 实验动物与比较医学, 2022, 42(2): 159-165.
[2]	张玥晗, 文静, 朱海桃, 赵光宗, 李晓愚. 雌激素灌胃法制备豚鼠子宫肌瘤模型[J]. 实验动物与比较医学, 2016, 36(3): 195-199.
[3]	卫振, 娄绘芳, 吴凯, 陈雁虹, 谢敏, 刘迪文, 谢强敏. 两个豚鼠品系速发型哮喘模型中组胺受体的表达及对肺功能的影响[J]. 实验动物与比较医学, 2016, 36(2): 101-106.
[4]	董婉维, 张婀娜, 郭晓冲, 魏政立, 杨葳, 周生来, 赵文, 郑志红. 金黄仓鼠Apoa5基因表达载体的构建及在不同组织器官中的差异表达[J]. 实验动物与比较医学, 2015, 35(4): 283-287.
[5]	顾筠莹, 印慧聪, 盛佳妮, 俞铭华, 蒋婉娟, 李英, 朱根麟. 电子摄像技术在豚鼠全身主动过敏试验中的应用[J]. 实验动物与比较医学, 2015, 35(3): 227-229.
[6]	李晓波, 付瑞, 巩薇, 王吉, 卫礼, 王淑菁, 岳秉飞, 贺争鸣. 豚鼠弓形虫抗体ELISA检测方法的建立及应用[J]. 实验动物与比较医学, 2013, 33(4): 275-278.
[7]	肖萍, 王宁, 范玉兰, 董妙珠, 洪新宇, 仲伟鉴. 氨基葡萄糖及硫酸软骨素对豚鼠软骨组织结构及组织中糖胺多糖含量的影响[J]. 实验动物与比较医学, 2011, 31(3): 193-197.
[8]	王金霞，郑志红. 条件性控制小鼠基因表达方法的研究进展[J]. 实验动物与比较医学, 2008, 28(6): 416-420.
[9]	王万山1，曲莉芝1，刘真喜2，吴清洪1，张嘉宁1，顾为望1. 脑炎微孢子虫病豚鼠模型的实验研究[J]. 实验动物与比较医学, 2008, 28(4): 246-250.
[10]	林琳，徐剑钦，张利棕，陈民利，潘永明，寿旗扬，王辉. 豚鼠静脉血血气、电解质及能量代谢指标的测定[J]. 实验动物与比较医学, 2008, 28(4): 263-265.
[11]	王万山1，刘真喜2，张嘉宁1，吴清洪1，顾为望1. FMMU白化豚鼠类鼻疽病模型的建立[J]. 实验动物与比较医学, 2008, 28(3): 167-170.
[12]	平季根，严春寅，吕金星. CTLA4-Ig腺病毒基因局部转染诱导大鼠肾移植免疫耐受[J]. 实验动物与比较医学, 2007, 27(1): 45-47.
[13]	宫兆华1, 董竞成1, 倪健2. 豚鼠支气管哮喘模型建立[J]. 实验动物与比较医学, 2004, 24(4): 204-206.
[14]	王婷，宋怀燕，张文明. 止脱生发酊生发作用的实验研究[J]. 实验动物与比较医学, 2004, 24(2): 99-100.
[15]	刘月环1，吴旧生2，萨晓婴1，施张奎1. 长爪沙鼠毛色突变的类型及其遗传研究概况[J]. 实验动物与比较医学, 2002, 22(3): 168-171.

不同毛色豚鼠的TYR及MC1R基因多态性及组织表达分析

Polymorphism and Tissue Expression Analysis of TYR and MC1R Genes in Guinea Pigs with Different Coat-Color Phenotypes

RichHTML

PDF (PC)

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

图/表 11

参考文献 15

相关文章 15

编辑推荐

Metrics

本文评价