动物毛色候选基因DCT的研究进展
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１ ＤＣＴ基因及其编码蛋白的结构
多巴色素异构酶（ＤＣＴ）作为酪氨酸酶相关蛋白家族的第 ３个成员，也称作酪氨酸酶相关蛋白 ２ （ＴＹＲＰ２），是黑色素合成过程中最关键的限速酶［７，８］。ＤＣＴ有 １个类似表皮生长因子 （ｅｐｉｄｅｒｍａｌｇｒｏｗｔｈ ｆａｃｔｏｒ，ＥＧＦ）的结构域和 ２个富含组氨酸的金属结合位点。小鼠 ＤＣＴ基因定位于 １４号染色体 Ｓ（ｓｌａｔｙ） 座位上［９］，人 ＤＣＴ基因定位于 １３号染色体上［１０］，ＤＣＴ和 ＴＹＲ，ＴＹＲＰ１蛋白比较显示其蛋白质结构有 ５０％的相似性，人类的 ＤＣＴ基因结构已经被确定，编码区包含 ８个外显子［１１］。ＤＣＴ与 ＴＹＲ基因二者有 许多共同特征，其氨基酸序列同源高达 ４０％，都有 １个跨膜结构域、２个半胱氨酸富集区、２个保守的铜 结合区、潜在糖基化位点和 １个信号肽。ＤＣＴ基因编码蛋白质比 ＴＹＲ和 ＴＹＲＰ１蛋白稍大［１２］。
３ ＤＣＴ基因与动物毛色的关系
Ｊａｃｋｓｏｎ等［９］研究表明，深灰或深棕色小鼠因 ＤＣＴ基因单碱基变异，导致 ＤＣＴ活性仅为野生型黑色 小鼠的 １／３～１／５。在缺失 ＤＣＴ第一外显子小鼠中导致 ＤＣＴ的 ｍＲＮＡ和蛋白表达量缺失，小鼠毛色变 浅［２１］。Ｏｋｕｍｕｒａ等［２２］利用辐射杂交和 ＳＮＰ连锁分析将猪 ＤＣＴ基因定位于 １１号染色体上，并发现了与 猪毛色相关的 ＳＮＰ位点。Ｃｏｓｔｉｎ等［２３］发现，在小鼠中可能存在由于 ＤＣＴ缺失而产生的细胞毒性中间 体，会导致黑色素细胞过早死亡。ＤＣＴ基因在不同的人群中存在多态性位点，同时发现 ＤＣＴ基因影响 人类毛发的色素沉积［２４］。高莉等［２５］研究显示，ＤＣＴ基因在棕色羊驼 ｍＲＮＡ表达量是白色羊驼的８．５９３ 倍，揭示羊驼 ＤＣＴ基因表达量与其毛色存在一定相关性。２０１６年，宋兴超［２６］利用转录组测序发现：黑 色水貂与白色水貂皮肤相比，ＤＣＴ基因上调表达；白色水貂与银蓝色水貂皮肤相比，ＤＣＴ基因下调表 达。表明 ＤＣＴ基因可能调控水貂毛色形成。聂瑞强等［２７］通过 Ｊａｓｐａｒ预测分析得知，ＤＣＴ基因启动子 ６５５ｂｐ处存在 Ｐａｘ６ＰＤ结构域的结合位点，且在黑色素细胞中过表达 Ｐａｘ６ＰＡＩ亚结构域 ＤＣＴｍＲＮＡ升 高到原来的 ３．６２倍（Ｐ＜０．０１），蛋白质升高到原来的 １．３７倍。Ｐａｔｗａｒｄｈａｎ等 研 ［２８］ 究发现，在黑色素细 胞中，分泌路径依赖于 ＲＡＢ６和 ＥＬＫＳ直接运输，并将其转运到黑素体中。通过传递特定的物质，如 ＭＡＲＴ１和 ＤＣＴ，ＲＡＢ６／ｅｌｋｓ依赖的分泌途径控制了黑素体的形成和成熟，同时也控制了色素的合成。 然而，对于水貂 ＤＣＴ基因的转录调控机制仍然未知。
通讯作者，男，副教授，博士。主要研究方向：动物遗传育种。Ｅｍａｉｌ：ｐｙｏｎｇｄｏｎｇ１２３＠１２６．ｃｏｍ。 收稿日期：２０１８０９１０；修改稿收到日期：２０１９０１２６
１期 王亚琪等 动物毛色候选基因 ＤＣＴ的研究进展
５５
因控制，因此推测 ＤＣＴ对黑色素合成时酪氨酸酶的催化活性有调节作用 。 ［１３，１６］ 有研究表明，ＤＣＴ基因 对黑色素生成细胞中的细胞凋亡起关键作用［１７］。ＤＣＴ作为黑色素合成过程中的关键酶，可以稳定酪氨 酸酶的活性，维持黑色素小体结构的完整性［１８］，其表达水平的降低会引起黑色素含量的减少。有研究 表明，ＤＣＴ对黑色素细胞的存活具有一定的支持作用［１９］。杨姗姗等［２０］研究发现，成年小鼠的脑室下区 细胞中 ＤＣＴ传统的过表达显著增加了 ２６０％的细胞数量，而利用 ＲＮＡ干扰抑制 ＤＣＴ的表达，在 ４８ｈ 后，细胞数量下降了 ２５．８％，说明 ＤＣＴ可以调节神经祖细胞增殖。
ＤＯＩ：１０．３９６９／Ｊ．ＩＳＳＮ．１６７２７９８３．２０１９．０１．０１０
动物毛色候选基因 ＤＣＴ的研究进展
王亚琪，胡露露，王瑞宁，刘铮铸，巩元芳，李祥龙，彭永东
（河北科技师范ห้องสมุดไป่ตู้院动物科技学院，河北 秦皇岛，０６６６００）
摘要：就 ＤＣＴ基因编码蛋白的结构、基因的功能、与动物毛色的关系及有关生物信息学研究进展进行了概 述，并对今后 ＤＣＴ基因在动物毛色方面的研究进行了展望。 关键词：动物毛色；候选基因；ＤＣＴ；研究进展 中图分类号：Ｓ８１３．２５ 文献标志码：Ａ 文章编号：１６７２７９８３（２０１９）０１００５４０４
动物毛色之所以种类繁多，颜色各异，主要是由黑色素的种类和分布存在差异而引起的［１］。黑色 素由存在于皮肤中的黑素细胞产生。在哺乳动物中，黑色素的含量和分布决定了毛发、皮肤和眼睛颜 色，并且能够抵御紫外线辐射和保护内部组织，防止过热，保护 ＤＮＡ不受损伤［２］。动物毛色的形成由遗 传途径控制，动物毛色受基因影响的 机 制 比 较 复 杂，参 与 毛 色 调 控 的 候 选 基 因 主 要 有 ＭＣ１Ｒ，ＴＹＲ， ＴＹＲＰ１，ＴＹＲＰ２，ＰＭＥＬ，ＭＩＴＦ，Ａｇｏｕｔｉ，ＫＩＴ和 ＣＢＤ１０３等基因［３］，这些基因可以通过调节对应酶的活性高 低来控制体内的生理生化反应，与信号通路一起影响黑色素的生成，对动物的被毛和皮肤颜色等性状的 形成起决定性作用［４］。基因与基因之间的相互作用和环境因子共同决定色素的累积，从而形成不同的 毛色［５，６］。在黑素细胞中，ＤＣＴ（多巴色素异构酶，Ｄｏｐａｃｈｒｏｍｅｔａｕｔｏｍｅｒａｓｅ）作为酪氨酸酶相关蛋白家族 的重要成员，对黑色素生成过程中起重要作用。因此，ＤＣＴ基因可作为毛色候选基因来研究，以期为进 一步探讨动物毛色形成机理提供依据。
２ ＤＣＴ基因的生物学作用
黑色素细胞中的 ＤＣＴ具有多巴色素异构酶活性，可加快多巴色素转变为 ５，６二羟基吲哚羧酸 （ＤＨＩＣＡ）的速度，从而促进黑色素生成［１５］，５，６二羟基吲哚羧酸与 ５，６二羟基吲哚的比例受 ＤＣＴ基
基金项目：国家自然科学基金项目（项目编号：３１５０１９４０）；河北省高校创新团队领军人才培育计划项目 （项目编号： ＬＪＲＣ００４）；河北省自然科学基金项目（项目编号：Ｃ２０１７４０７０３７）；河北省高等学校青年拔尖人才计划项目（项 目编号：ＢＪ２０１６０２６）。
ＤＣＴ基因的启动子含有一个“Ｍｂｏｘ”的结构，Ｍｂｏｘ的核心结构为“ＣＡＴＧＴＧ”，该元件能被 ＭＩＴＦ 识别，从而激活相应的基因表达［１３］。对不同物种 ＤＣＴ基因氨基酸序列进行预测分析，发现 ＤＣＴ蛋白有 信号肽的存在，大部分物种均具有一个跨膜结构域，该蛋白在不同物种中均为疏水蛋白，各个物种的 ＤＣＴ蛋白二级结构的主要结构元件是无规卷曲和 α螺旋，其次为延伸链 。 ［１４］
多巴色素异构酶（ＤＣＴ）作为酪氨酸酶相关蛋白家族的第 ３个成员，也称作酪氨酸酶相关蛋白 ２ （ＴＹＲＰ２），是黑色素合成过程中最关键的限速酶［７，８］。ＤＣＴ有 １个类似表皮生长因子 （ｅｐｉｄｅｒｍａｌｇｒｏｗｔｈ ｆａｃｔｏｒ，ＥＧＦ）的结构域和 ２个富含组氨酸的金属结合位点。小鼠 ＤＣＴ基因定位于 １４号染色体 Ｓ（ｓｌａｔｙ） 座位上［９］，人 ＤＣＴ基因定位于 １３号染色体上［１０］，ＤＣＴ和 ＴＹＲ，ＴＹＲＰ１蛋白比较显示其蛋白质结构有 ５０％的相似性，人类的 ＤＣＴ基因结构已经被确定，编码区包含 ８个外显子［１１］。ＤＣＴ与 ＴＹＲ基因二者有 许多共同特征，其氨基酸序列同源高达 ４０％，都有 １个跨膜结构域、２个半胱氨酸富集区、２个保守的铜 结合区、潜在糖基化位点和 １个信号肽。ＤＣＴ基因编码蛋白质比 ＴＹＲ和 ＴＹＲＰ１蛋白稍大［１２］。
３ ＤＣＴ基因与动物毛色的关系
Ｊａｃｋｓｏｎ等［９］研究表明，深灰或深棕色小鼠因 ＤＣＴ基因单碱基变异，导致 ＤＣＴ活性仅为野生型黑色 小鼠的 １／３～１／５。在缺失 ＤＣＴ第一外显子小鼠中导致 ＤＣＴ的 ｍＲＮＡ和蛋白表达量缺失，小鼠毛色变 浅［２１］。Ｏｋｕｍｕｒａ等［２２］利用辐射杂交和 ＳＮＰ连锁分析将猪 ＤＣＴ基因定位于 １１号染色体上，并发现了与 猪毛色相关的 ＳＮＰ位点。Ｃｏｓｔｉｎ等［２３］发现，在小鼠中可能存在由于 ＤＣＴ缺失而产生的细胞毒性中间 体，会导致黑色素细胞过早死亡。ＤＣＴ基因在不同的人群中存在多态性位点，同时发现 ＤＣＴ基因影响 人类毛发的色素沉积［２４］。高莉等［２５］研究显示，ＤＣＴ基因在棕色羊驼 ｍＲＮＡ表达量是白色羊驼的８．５９３ 倍，揭示羊驼 ＤＣＴ基因表达量与其毛色存在一定相关性。２０１６年，宋兴超［２６］利用转录组测序发现：黑 色水貂与白色水貂皮肤相比，ＤＣＴ基因上调表达；白色水貂与银蓝色水貂皮肤相比，ＤＣＴ基因下调表 达。表明 ＤＣＴ基因可能调控水貂毛色形成。聂瑞强等［２７］通过 Ｊａｓｐａｒ预测分析得知，ＤＣＴ基因启动子 ６５５ｂｐ处存在 Ｐａｘ６ＰＤ结构域的结合位点，且在黑色素细胞中过表达 Ｐａｘ６ＰＡＩ亚结构域 ＤＣＴｍＲＮＡ升 高到原来的 ３．６２倍（Ｐ＜０．０１），蛋白质升高到原来的 １．３７倍。Ｐａｔｗａｒｄｈａｎ等 研 ［２８］ 究发现，在黑色素细 胞中，分泌路径依赖于 ＲＡＢ６和 ＥＬＫＳ直接运输，并将其转运到黑素体中。通过传递特定的物质，如 ＭＡＲＴ１和 ＤＣＴ，ＲＡＢ６／ｅｌｋｓ依赖的分泌途径控制了黑素体的形成和成熟，同时也控制了色素的合成。 然而，对于水貂 ＤＣＴ基因的转录调控机制仍然未知。
通讯作者，男，副教授，博士。主要研究方向：动物遗传育种。Ｅｍａｉｌ：ｐｙｏｎｇｄｏｎｇ１２３＠１２６．ｃｏｍ。 收稿日期：２０１８０９１０；修改稿收到日期：２０１９０１２６
１期 王亚琪等 动物毛色候选基因 ＤＣＴ的研究进展
５５
因控制，因此推测 ＤＣＴ对黑色素合成时酪氨酸酶的催化活性有调节作用 。 ［１３，１６］ 有研究表明，ＤＣＴ基因 对黑色素生成细胞中的细胞凋亡起关键作用［１７］。ＤＣＴ作为黑色素合成过程中的关键酶，可以稳定酪氨 酸酶的活性，维持黑色素小体结构的完整性［１８］，其表达水平的降低会引起黑色素含量的减少。有研究 表明，ＤＣＴ对黑色素细胞的存活具有一定的支持作用［１９］。杨姗姗等［２０］研究发现，成年小鼠的脑室下区 细胞中 ＤＣＴ传统的过表达显著增加了 ２６０％的细胞数量，而利用 ＲＮＡ干扰抑制 ＤＣＴ的表达，在 ４８ｈ 后，细胞数量下降了 ２５．８％，说明 ＤＣＴ可以调节神经祖细胞增殖。
ＤＯＩ：１０．３９６９／Ｊ．ＩＳＳＮ．１６７２７９８３．２０１９．０１．０１０
动物毛色候选基因 ＤＣＴ的研究进展
王亚琪，胡露露，王瑞宁，刘铮铸，巩元芳，李祥龙，彭永东
（河北科技师范ห้องสมุดไป่ตู้院动物科技学院，河北 秦皇岛，０６６６００）
摘要：就 ＤＣＴ基因编码蛋白的结构、基因的功能、与动物毛色的关系及有关生物信息学研究进展进行了概 述，并对今后 ＤＣＴ基因在动物毛色方面的研究进行了展望。 关键词：动物毛色；候选基因；ＤＣＴ；研究进展 中图分类号：Ｓ８１３．２５ 文献标志码：Ａ 文章编号：１６７２７９８３（２０１９）０１００５４０４
动物毛色之所以种类繁多，颜色各异，主要是由黑色素的种类和分布存在差异而引起的［１］。黑色 素由存在于皮肤中的黑素细胞产生。在哺乳动物中，黑色素的含量和分布决定了毛发、皮肤和眼睛颜 色，并且能够抵御紫外线辐射和保护内部组织，防止过热，保护 ＤＮＡ不受损伤［２］。动物毛色的形成由遗 传途径控制，动物毛色受基因影响的 机 制 比 较 复 杂，参 与 毛 色 调 控 的 候 选 基 因 主 要 有 ＭＣ１Ｒ，ＴＹＲ， ＴＹＲＰ１，ＴＹＲＰ２，ＰＭＥＬ，ＭＩＴＦ，Ａｇｏｕｔｉ，ＫＩＴ和 ＣＢＤ１０３等基因［３］，这些基因可以通过调节对应酶的活性高 低来控制体内的生理生化反应，与信号通路一起影响黑色素的生成，对动物的被毛和皮肤颜色等性状的 形成起决定性作用［４］。基因与基因之间的相互作用和环境因子共同决定色素的累积，从而形成不同的 毛色［５，６］。在黑素细胞中，ＤＣＴ（多巴色素异构酶，Ｄｏｐａｃｈｒｏｍｅｔａｕｔｏｍｅｒａｓｅ）作为酪氨酸酶相关蛋白家族 的重要成员，对黑色素生成过程中起重要作用。因此，ＤＣＴ基因可作为毛色候选基因来研究，以期为进 一步探讨动物毛色形成机理提供依据。
２ ＤＣＴ基因的生物学作用
黑色素细胞中的 ＤＣＴ具有多巴色素异构酶活性，可加快多巴色素转变为 ５，６二羟基吲哚羧酸 （ＤＨＩＣＡ）的速度，从而促进黑色素生成［１５］，５，６二羟基吲哚羧酸与 ５，６二羟基吲哚的比例受 ＤＣＴ基
基金项目：国家自然科学基金项目（项目编号：３１５０１９４０）；河北省高校创新团队领军人才培育计划项目 （项目编号： ＬＪＲＣ００４）；河北省自然科学基金项目（项目编号：Ｃ２０１７４０７０３７）；河北省高等学校青年拔尖人才计划项目（项 目编号：ＢＪ２０１６０２６）。
ＤＣＴ基因的启动子含有一个“Ｍｂｏｘ”的结构，Ｍｂｏｘ的核心结构为“ＣＡＴＧＴＧ”，该元件能被 ＭＩＴＦ 识别，从而激活相应的基因表达［１３］。对不同物种 ＤＣＴ基因氨基酸序列进行预测分析，发现 ＤＣＴ蛋白有 信号肽的存在，大部分物种均具有一个跨膜结构域，该蛋白在不同物种中均为疏水蛋白，各个物种的 ＤＣＴ蛋白二级结构的主要结构元件是无规卷曲和 α螺旋，其次为延伸链 。 ［１４］