《Poultry Science》：A cis-regulatory mutation in the EDN3 promoter drives coordinated formation of comb and skin color in Anyi gray chickens
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為解決家禽冠色與膚色協同變異的遺傳機制不清的難題，研究人員針對安義灰雞，利用全基因組重測序、GWAS（Genome-Wide Association Study）及功能驗證，鑒定出一個位于EDN3基因啟動子區的關鍵SNP位點（g.10818413 T>C）。該突變通過降低轉錄因子NFAT5的結合力，順式上調EDN3表達，驅動了冠與皮膚的協同著色。此研究揭示了一種共享的轉錄調控機制，對理解家禽色素沉著的協同遺傳調控及分子育種具有重要科學意義。
當你走進市場，看到貨架上的雞肉，除了關心肉質，你是否也曾被雞冠鮮亮的顏色或皮膚是黃是白所吸引？在消費者眼中，冠和皮膚的色澤往往是判斷家禽新鮮度、健康狀況甚至品質的重要“顏值指標”。尤其在特定地區，對黃色皮膚雞或白色皮膚雞的偏好，深刻地影響著市場選擇和育種方向。在江西省，有一種名為“安義灰雞”的地方優良品種，它不僅在肉質和蛋用上表現出色，其外貌也有一個有趣且穩定的“孿生”特征：一部分雞呈現“紅冠白膚”的面貌，而另一部分則表現出“紫灰冠紫灰膚”的樣貌。這兩種性狀總是相伴相隨，形影不離，但其背后協同一致的遺傳調控機制，卻一直蒙著一層神秘的面紗。這不僅僅是一個外觀問題，更是理解色素沉著協同調控、優化育種策略以滿足多樣化市場需求的關鍵科學課題。為了揭開這個謎團，一項發表在《Poultry Science》上的研究展開了深入的探索。
研究人員綜合利用了基因組學、分子生物學和細胞功能驗證等多種技術手段。他們首先對具有紅冠白膚和紫灰冠紫灰膚兩種表型的安義灰雞個體進行了深度約為10×的全基因組重測序，并進行了病例對照的全基因組關聯分析。研究還納入了來自原始種群、F1雜交群體及其他7個江西地方雞種（如寧都黃雞、太和烏骨雞等）的大量個體進行群體基因分型驗證。在功能層面，通過體外細胞實驗，包括轉錄因子結合位點預測、NFAT5的過表達和敲低、雙熒光素酶報告基因實驗，以及多種組織（冠、皮膚、胸肌）中基因表達量的實時熒光定量PCR檢測，對候選變異的功能進行了系統驗證。
研究結果
冠色與膚色表型在安義灰雞中的一致性：在對安義灰雞原始種群的97只個體進行分析時發現，其冠色與膚色的表型表達在所有個體中均高度一致，無一例外。
GWAS在EDN3啟動子區鑒定出一個變異：全基因組關聯分析揭示，染色體20上一個約900 kb的區域與冠色和膚色表型顯著關聯。其中，位于EDN3基因啟動子區的單核苷酸多態性位點g.10818413 T>C表現出最強的關聯性。C variant. (A) GWAS results for comb and skin color phenotypes. (B) Sanger sequencing peak diagram of the EDN3 g.10818413T>C polymorphic site in PAY and RAY individuals (red box). (C) LD block analysis of the EDN3 region (Chr20: 10797698–10818602) based on GWAS results. (D) EDN3 expression levels in PAY and RAY individuals across comb, skin, and muscle tissues.">
EDN3啟動子中轉錄因子結合位點的預測：利用JASPAR數據庫預測發現，g.10818413 T>C的突變會導致一個NFAT5轉錄因子結合位點的喪失。
基因型驗證與CC型個體的缺失：在安義灰雞種群中，所有紅冠白膚個體基因型均為TT，所有紫灰冠紫灰膚個體均為TC，未檢測到CC基因型個體。在F1雜交群體及其他7個江西地方雞種的驗證中也得到了相同結果，即紅冠品種均為TT型，紫冠或黑冠品種均為TC型，CC型個體在整個研究中均未被發現。這提示CC基因型可能存在胚胎致死性。
FM復合體結構變異的檢測：多重PCR檢測發現，紫灰冠紫灰膚個體（TC型）普遍存在纖維黑色素沉著癥相關的EDN3基因復雜結構變異，而紅冠白膚個體（TT型）則沒有。
NFAT5在調控EDN3表達中的功能作用：在DF-1細胞中，過表達NFAT5會顯著上調NFAT5并下調EDN3的表達；而敲低NFAT5則產生相反效果，證明NFAT5是EDN3表達的負調控因子。
NFAT5與EDN3啟動子的結合：雙熒光素酶報告實驗：雙熒光素酶報告基因實驗證實，NFAT5能夠直接結合到EDN3的野生型啟動子上并抑制其活性。而g.10818413 T>C突變會削弱NFAT5的結合親和力，從而解除其對EDN3轉錄的抑制作用。
結論與重要意義
本研究的核心結論是，在安義灰雞中鑒定出一個位于EDN3（內皮素-3）基因啟動子區的功能性順式調控突變（g.10818413 T>C）。該突變通過降低轉錄因子NFAT5對EDN3啟動子的結合親和力，從而解除NFAT5的轉錄抑制，順式上調EDN3的表達。高表達的EDN3通過激活下游的EDN/EDNRB（內皮素/內皮素受體B）信號通路，促進神經嵴來源的黑色素細胞增殖、分化和黑色素合成，最終共同驅動了雞冠和皮膚呈現協調一致的紫灰色著色。這是首次提供證據表明NFAT5能夠直接結合并調控EDN3啟動子。
這項研究的意義深遠。首先，它從分子層面揭示了家禽中冠與皮膚這兩種重要外觀性狀協同變異的共享遺傳調控機制，解決了長期以來知其然而不知其所以然的難題。研究提出了一個協同因果模型：FM復合體為纖維黑色素沉著提供了基礎的遺傳“腳手架”，而g.10818413 T>C突變則像是一個精確的“轉錄調光開關”，在此背景下精細調控EDN3的表達水平，二者共同塑造了獨特的紫灰色表型。其次，這項研究具有重要的育種應用潛力。所發現的調控變異可作為分子標記，用于家禽外觀性狀的標記輔助選擇，幫助育種者更精準、高效地選育出符合特定市場需求（如特定膚色或冠色）的品系，提升產品市場競爭力。此外，該研究整合了從群體遺傳學到細胞功能驗證的多層次分析策略，為解析其他農業動物復雜性狀的遺傳基礎提供了一個可借鑒的綜合性研究框架。最后，EDN3作為脊椎動物黑色素細胞發育的保守調控因子，對其轉錄調控機制的深入理解，也為比較生物學和色素沉著相關的基礎研究提供了新的視角和線索。
