家馬不同毛色遺傳特性研究綜述

摘 要： 家馬的毛色是識別馬匹和進行品種登記的主要內容及依據。古DNA研究表明，最先出現的家馬毛色是騮色，在后續的演化過程中出現黑色和栗色，這3種毛色統稱為基礎毛色。與其他哺乳動物一樣，家馬的色素細胞通過真黑素和棕黑素的不同組合產生不同毛色。本文系統地總結了家馬的13種不同毛色分類，綜述了近三十年內關于家馬不同毛色形成的候選基因研究進展，為深入解析家馬不同毛色形成遺傳機理、減少相關遺傳疾病的發生以及后續的系譜登記和選種選育工作提供理論參考和依據。

關鍵詞： 家馬；毛色多樣性；候選基因；黑色素

中圖分類號：S821.2

文獻標志碼：A

文章編號：0366-6964（2024）08-3297-12

收稿日期：2024-01-23

基金項目：國家自然科學聯合基金重點支持項目（U23A20224）

作者簡介：安塔娜（1998-），女，蒙古族，內蒙古興安盟人，博士生，主要從事動物遺傳育種與繁殖研究，E-mail：1665634650@qq.com

通信作者：韓海格，主要從事馬屬動物遺傳育種與繁殖研究，E-mail：hanhaige@126.com；芒 來，主要從事動物遺傳育種與繁殖研究，E-mail：dmanglai@163.com

A Review of the Genetic Characteristics of Different Coat Colors in Domestic Horses

AN" Tana1， HAN" Haige1*， MONGKE" Togtokh2， MONGKEJARGAL" Baoyindeligeer2， LI" Wenbo2， DUGARJAVIIN

Manglai1*

（Inner Mongolia Key Laboratory of Equine Scientific Research and Technological Innovation， College

of Animal Science， Inner Mongolia Agricultural University， Hohhot 010018，" China）

Abstract：" The coat color of the domestic horse is the main element and basis for identifying horses and registering breeds. Ancient DNA studies have shown that the first coat color appeared in the domestic horse was bay， followed by black and chestnut， which are collectively known as the three base coat colors. As inLike other mammals， pigment cells in the domestic horse produce different coat colors through different combinations of eumelanin and phaeomelanin. In this paper， we systematically summarize the 13 different coat color classifications， and review the progress of candidate genes related tosearch on the formation of different coat colors in the domestic horse over the past 30 years， so as to provide theoretical references and bases for the in-depth understanding of the genetic mechanism of the formation of different coat" colors in the domestic horse， the reduction of the occurrence of the related genetic diseases， as well as the subsequent horse registration and breeding.

Key words： domestic horse; coat color diversity; candidate gene; melanin

*Corresponding authors：" HAN Haige， E-mail：hanhaige@126.com; DUGARJAVIIN Manglai，E-mail：dmanglai@163.com

毛色是家畜中識別品種的主要特征之一，不同品種往往展現出獨特的毛色特征。家馬具有豐富的毛色多樣性，其基礎毛色包括：騮色、黑色和栗色，其中，騮色和黑色是顯性遺傳，栗色對騮色和黑毛具有上位性。稀釋毛色是稀釋基因參與形成的，包括奶油毛、兔褐毛、珍珠毛、香檳毛、銀鬃毛等。家馬毛色的遺傳模式中也存在一些不符合經典孟德爾定律的遺傳現象，如不完全顯性、隱性上位性、顯性上位性、致死性等。如今，已確定了多個與家馬毛色形成相關的候選基因，主要有黑色素皮質激素受體1基因（melanocortin 1 receptor gene， MC1R）、刺鼠信號蛋白（agouti-signaling protein gene， ASIP）、酪氨酸酶相關蛋白1（tyrosinase related protein 1 gene， TYRP1）、黑素細胞誘導轉錄因子（melanocyte inducing transcription factor gene， MITF）、KIT原癌基因等，而相應的色素機制卻還處于探索階段，仍需進一步研究其具體的功能和遺傳機制，其中有些基因的突變或異常表達與遺傳性疾病和皮膚腫瘤有關。本文總結了家馬的13個不同毛色歸類，闡述了家馬毛色相關候選基因的研究進展，以期為后續家馬毛色形成的遺傳機理研究，系譜登記及選種選育工作提供理論參考。

1 家馬概述及毛色分類

馬（Equus caballus）是脊椎動物亞門、哺乳綱、奇蹄目、馬科、馬屬動物［1］。世界上目前有905個不同家馬品種，不同品種具有不同的外貌特征，例如蒙古馬，四肢短粗、肌腱發達、適合耐力賽；體型較重、環境適應性較強；體毛濃密，且毛色復雜多樣［2］。純血馬，肌肉發達、腿細長、適于短跑［3］；毛色通常是騮色和栗色。家馬主要用于交通運輸、農業勞作、戰爭、運動競技、休閑娛樂以及輔助治療等方面［4］。中國擁有豐富的馬匹資源［5］，是家馬的東亞起源地之一，擁有悠久的馬培育歷史，在體型、外貌、性格和環境適應性方面都有對應特點的馬品種，其中包括北方牧區草原馬［6］、青藏高原馬［7］、西南山地馬［8］等。

中國馬匹資源豐富，依據品種來源、育種程度，可分為地方品種、培育品種和引入品種。據聯合國糧農組織統計，世界馬匹數量近50年以來基本維持在大約6 000萬匹。

1.1 家馬的毛色分類

家馬的體毛分為被毛、保護毛和觸毛，而家馬的毛色是指被毛和保護毛的顏色，按出生月齡可分為胎毛色和固有毛色兩種，胎毛色是指初生至5個月以內的毛色，顏色較深，固有毛色是指6月齡換毛以后的毛色，而用于登記的毛色就是固有毛色［9］。

古DNA研究表明，家馬的毛色多樣性與其馴化歷史息息相關，家馬的第一個毛色是騮色，大約出現在更新世時期（公元前12000年），在銅器時期（公元前4000年）出現了黑毛，在青銅時期（公元前2000年）出現了多種毛色，如栗色、白斑，而到鐵器時代（公元前1000年）出現了稀釋毛色，如黃兔褐毛、銀黑毛等［10］，這些結果證明，如今在家馬上能觀察到的復雜毛色多樣性是人類馴化和系統選育的結果。

我國現行毛色分類體系通常將家馬的毛色分為13類，包括：騮色、栗毛、黑毛、青毛、兔褐毛、海騮色、鼠灰毛、銀鬃毛、花尾栗毛、沙毛、白毛、花毛、斑毛，詳情見圖1所示。除上述毛色外，家馬也存在多種稀釋毛色，是修飾基因抑制毛囊中的黑色素而形成［11］。由于家馬的毛色豐富多樣，在馬匹登記工作中，并非所有馬匹的毛色如上述毛色類型表現的那么典型或單一，若出現多種毛色混雜的情況，則按照它最明顯的毛色來登記。

2 家馬毛色形成的分子遺傳機制

2.1 黑色素簡介

動物毛色的多樣性由黑色素細胞（melanocyte）數量決定，黑色素細胞存在于表皮的基底層以及毛囊中，能產生黑色素（melanin）［12］。黑色素細胞是源自神經嵴的多種細胞類型之一［13］，如果黑色素細胞無法到達離神經嵴最遠的皮膚（頭部前額、腿部、腹部等），則會表現出白色斑塊［14］。基底層的黑色素細胞主要功能是過濾紫外線，來減輕其對皮膚的傷害，借以保護真皮及皮下組織。黑色素細胞的代謝若受到破壞或抑制，會產生白化病［15］、黑色素瘤（melanoma）［16］等疾病。

黑色素包括真黑素（eumelanin）和棕黑素（pheomelanin）兩種，真黑素在毛發或皮膚中呈現黑色和褐色，而棕黑素呈現紅棕色和黃色。其中，恒溫動物和變溫動物的黑色素細胞都能產生黑色素［17］，通過色素沉積的種類和比例共同決定動物的毛色和膚色［18］。

2.2 家馬基礎毛色的形成和相關候選基因

家馬的色素細胞產生真黑素和棕黑素兩種色素，并通過不同組合產生基礎毛色。而真黑素和棕黑素的形成分別由基因座E（extension）和基因座A（agouti）調控，圖2描述了真黑素和棕黑素的形成模式。

當基因座E發生突變成純合子（e/e）時，黑色素皮質激素受體1基因無法與α-促黑激素結合時，抑制真黑素形成，但棕黑素不受抑制，因此家馬的毛色呈栗色［19］。當基因座A發生突變，變成純合子（a/a）時，刺鼠信號蛋白不能產生棕黑素，真黑素生成卻不受限制，家馬的毛色呈現黑色［20］。當基因座A和基因座E同時都存在時（A/-，E/-），棕黑素和真黑素都能正常生成，家馬的毛色則呈現騮色［21-22］。

另外，酪氨酸家族由TYRP1基因、TYRP2基因（tyrosinase related protein 2，TYRP2）和酪氨酸酶（tyrosinase，TYR）基因構成，它們共同調控并參與黑色素的合成過程［23］。其中，TYRP1位于家馬23號染色體上，被認為是參與了一種中間型“巧克力”黑色素的合成，與家馬褐騮色形成有關［20］。

2.3 家馬稀釋毛色的形成和相關候選基因

家馬的基礎毛色受稀釋基因的影響形成了不同的稀釋毛色，這些稀釋毛色包括：奶油色、兔褐色、銀鬃色、珍珠色、香檳色、淡紫色等。

2.3.1 奶油色

基因座C上的基因SLC45A2（也稱為MATP）的變異是導致奶油色表型的主要原因。它是一種稀有的遺傳突變，以不完全顯性方式遺傳，奶油色家馬毛色通常為乳白色或淺黃色，皮膚粉紅色，眼睛通常為藍色［24］。奶油色在雜合子狀態下只稀釋棕黑素，從而將栗色馬稀釋成銀鬃馬，將騮色馬稀釋為黃兔褐馬，而將黑色馬稀釋成煙熏黑色馬；當等位基因純合時，可同時稀釋棕黑素和真黑素，將栗色馬、騮色馬、黑馬稀釋為奶酪色馬、淡粉色馬和煙熏奶油色馬［11］。

2.3.2 兔褐色

基因座D上的TBX3基因控制兔褐色，兔褐色［25］具有常染色體顯性遺傳現象［26］，通常被認為是野生型毛色，因為已知的野生馬屬動物（野驢和普氏野馬）都表現出兔褐色的原始特征，包括背部條紋、腿部虎斑、肩部鷹膀標記等，這些特征可以保護野生動物不被捕食者發現。兔褐色馬與斑馬相比，馬身上的毛色不是白色，腿部條紋也不像斑馬一樣多而密集。研究發現［27-28］，大多數家馬是非兔褐色，是毛囊中TBX3基因突變，導致黑色素細胞和色素顆粒在單個毛囊中分布均勻，有對稱沉積現象，相反，兔褐色表型是毛發中色素的不對稱沉積所引起，導致其毛色比非兔褐色的馬毛色更淺。兔褐色是由家馬8號染色體上T-box 3（TBX3）位點的3個等位基因（D，d2，d1）控制，其中D_基因型家馬具有兔褐色表型，有顯性遺傳的原始標記（原始標記是指馬匹保留古馬特征［29］，正常被毛上出現局部的野生標記，例如腿部條紋、肩部陰影/條紋、背部條紋、面部陰影等），d2/d2基因型個體為非兔褐色，無原始標記，而d1_基因型個體至少有一個原始標記。

2.3.3 銀鬃/銀色斑紋

馬的銀鬃毛也被稱為銀色斑紋，該表型為常染色體顯性遺傳現象，馬鬃毛和尾部的長毛被稀釋成白色和灰色的混合毛表型。基因座Z上的PMEL17（SILV）是家馬6號染色體上的一個基因，該基因與真黑素的稀釋有關，并導致黑色和騮色馬出現銀色斑紋表型［30］，對銀鬃馬和非銀鬃馬中PMEL17基因的變異位點測序結果顯示，在第11號外顯子存在一處錯義突變，此突變導致馬匹出現銀鬃色。先天性多發性眼部異常［31］是一種遺傳性眼部疾病，主要出現在銀鬃馬上。Andersson等［32］對10匹馬的6號染色體上整個208 kb區域進行測序發現，PMEL基因是先天性多發性眼部異常形成的主要原因。

2.3.4 珍珠色

珍珠色是一種隱性稀釋毛色，基因座Prl控制珍珠色的形成，當純合子（pp）時，影響個體的眼睛、毛發和皮膚中的色素比例，皮膚通常是粉紅色到淺棕色，眼睛是琥珀色或棕褐色，雜合子（P/_）珍珠色馬的皮膚有輕微的稀釋毛色和斑點。研究發現，家馬21號染色體上SLC45A2基因的錯義突變導致馬出現珍珠色［33-34］。

2.3.5 香檳色

馬的香檳色由基因座Ch控制。家馬14號染色體上的基因SLC36A1［35］第2外顯子上有一個突變位點導致蘇氨酸變成精氨酸，從而形成香檳馬毛色［36］。徐蘋等［37］為揭示中國本土馬SLC36A1基因遺傳多態性，對玉樹馬和德保矮馬74個樣本進行測序分析發現了家馬SLC36A1基因的5個堿基突變。

2.3.6 淡紫色

淡紫色是埃及阿拉伯馬特有的稀釋毛色，馬駒出生時毛色蒼白，有淺灰色、錫白色或淺栗色［38］，并伴隨神經異常（癲癇［39］），馬駒無法哺乳隨后死亡。淡紫色馬駒綜合征是一種致命的常染色體隱性遺傳疾病［40］。家馬1號染色體基因座L上的肌球蛋白VA（the myosin VA gene，MYO5A）基因第30外顯子中有一處堿基缺失［41-42］，導致淡紫色馬駒綜合征［43］。

2.4 家馬褪色毛的形成和相關候選基因

除基礎毛色和稀釋毛色外，家馬具有以下幾種褪色表型：青色、沙色和顯性白色。

2.4.1 青色

馬的青色是常染色體顯性性狀［44-45］，是由基因座G控制，隨著年齡的增長而變白，與黑色素瘤形成有關，如果青色馬的壽命超過15歲，幾乎80%的青色馬會患上黑色素瘤［46］。家馬青色表型是由STX17基因第6內含子中4.6 kb的重復引起的［47］，STX17基因位于第25號染色體上［48］。ASIP和MC1R在黑色素細胞腫瘤的發展中起關鍵作用，當ASIP出現功能缺失突變時，由MC1R產生的真黑素與STX17突變產生的色素細胞相結合，發生黑素腫瘤的可能性會大幅增加［49］。蒙古馬青色個體中發現STX17基因第6內含子內4.6 kb的重復片段［50］。對中國14個本土家馬品種489匹個體與青色有關的STX17重復位點進行分析發現，除巴里坤馬、關中馬外，12個中國本土家馬品種均存在青色突變［51］，其中岔口驛馬和河曲馬中STX17基因的頻率最高［52］。

2.4.2 沙色

沙色具有顯性遺傳特征，外觀有非常明顯的白色和基礎毛色的混合毛色表型，且鬃毛、尾毛、腿部和頭部卻保留基礎毛色的特征，有夏天淺，冬天深的季節性毛色變化［53］，極容易與青色混淆，但與其最明顯的區別是，沙毛馬駒出生就自帶沙毛色，而青毛色是隨著年齡的增長而逐漸顯現出來［54］。基因座Rn位于家馬3號染色體上，純合子被認為有胚胎致死性［55］，盡管Rn的致病突變機理仍然未知。3號染色體上的KIT是沙毛形成的主要候選基因，該區域的突變可導致馬的幾種白斑表型［56］。KIT基因第19外顯子的同義替換可能與大多數家馬品種［57-58］的沙色相關［55］。

2.4.3 顯性白色

特定的毛色可能有利于馬在自然界中的生存，或者在某自然環境條件下具有選擇優勢，比如白馬對馬蠅的吸引力比黑馬較小［59］，基因座W控制顯性白毛表型，具有顯性遺傳特征［60］，出生時就是白色的，它是由KIT基因的一種突變引起的，其中，顯性白毛個體被認為是雜合子（W/w），純合子馬具有胚胎致死性。KIT在胚胎發育過程中的色素細胞存活中起著重要作用，Haase等［59］確定了大約82 kb的家馬KIT基因的序列和基因組，對白色弗朗什-蒙塔涅山地馬中所有21個KIT外顯子的突變分析顯示，第15外顯子存在無義突變。此外，在阿拉伯馬第4外顯子中攜帶與白色弗朗什-蒙塔涅山地馬不同的無義突變，卡馬里奧白馬在第12外顯子中也有一個錯義突變，白色純血馬在第13外顯子中又有一個錯義突變［61］。馬的KIT基因全長為82 kb，位于3號常染色體，包含21個外顯子，對烏珠穆沁白馬［62］KIT基因的21個外顯子進行研究沒有發現突變，因此，可以初步推斷烏珠穆沁白馬的形成可能存在著其他的調控機理［63］。

2.5 家馬白斑的形成和相關候選基因

家馬的白斑花紋通過白斑的形狀、位置和方向分為以下四種：豹點色、越背花色、沙邊色、分背花色。白斑可以出現在任何毛色上，而EDNRB、MITF、KIT、PAX3和TRPM1是調控家馬白斑表型的已知候選基因。

通過對14匹失聰、20匹疑似失聰、13匹未失聰的美國花馬進行耳聾相關研究發現，大多數馬的毛色為白斑，包括頭部和四肢有大量的白斑圖案，其中九成的失聰和疑似失聰的馬都出現EDNRB基因的突變［64］，表明EDNRB突變與耳聾之間存在關聯。具有白斑表型的美國花馬全基因組序列數據分析結果顯示，在16號染色體上的MITF基因有8.7 kb［65］的缺失和第6～9外顯子上存在約63 kb［66］缺失，該變異與色素沉著和耳聾表型有關。全基因組連鎖分析結果顯示，在白斑夸特馬第6號染色體的PAX3基因上發現了一個錯義突變，MITF基因中發現了一個10 bp的插入［67］。梅諾卡純種馬和西班牙純種馬中發現KIT的錯義突變與家馬的面部白章相關［68］。白斑純血馬的全基因組測序結果顯示，在MITF中有一個2.3 kb的缺失［69］。

2.5.1 豹點色

家馬的豹點色具有不完全顯性遺傳特征，基因座LP控制豹點色表型，其中純合子個體有先天性靜止性夜盲癥。TRPM1是調控先天性靜止性夜盲癥和豹點色的主要候選基因。RNA-Seq數據確定了家馬1號染色體上的TRPM1基因第1內含子中1 378 bp的插入引起先天性靜止性夜盲癥和豹點色［70］。

2.5.2 越背花色

越背花表型是常染色體顯性遺傳，基因座TO控制越背花色表型，與馬3號染色體上KIT基因下游約70 kb處的倒置有關［71］。這種倒置可能破壞KIT基因的調控，導致越背花色［72］。

2.5.3 沙邊色

沙邊色由基因座Sb控制，沙邊色是馬的另一種白斑圖案，其特征是馬的面部、前膝和后肢飛節以下、腹部有白斑［73］。標準馬的KIT基因第16外顯子處有一個錯義突變，可導致沙邊色的形成［74］。德國沙邊色馬駒的全基因組序列數據分析結果顯示，馬3號染色體上KIT基因的第2內含子和第3外顯子存在1 273 bp的缺失會導致沙邊毛色［75］。

2.5.4 分背花色

分背花色由基因座O控制，是常染色體顯性遺傳［76］。美國花馬的過度致命白色綜合癥是一種常見于新生馬駒的遺傳性疾病，得病馬駒全身白色，雖然出生時外觀正常，但患病馬駒無法移動進食和排便，在出生后不久會因腸道神經節疾病引起的并發癥死亡，研究發現，內皮素受體B基因參與神經嵴細胞成為腸神經節和色素細胞的發育調節，22匹受過度致命白色綜合癥影響的馬駒均存在第1外顯子的錯義突變［77］。

綜上所述，家馬不同毛色的形成與不同染色體上的不同基因變異有關。圖3中進行詳細展示了染色體、基因座、基因/等位基因所對應的毛色。

3 總結與展望

遺傳學上把生物性狀分為質量性狀和數量性狀，家畜的毛色屬于質量性狀。哺乳動物不同毛色與其體內色素有關。動物體內的色素有多種，其中與毛色有關的主要是酪氨酸源性色素，其主要代表是黑色素。黑色素的產生或缺乏是哺乳動物毛色形成的主要物質基礎，而色素形成是由不同基因間的相互作用及環境因素共同決定的［78］。

家馬的多數毛色形成是人為系統選育的結果，而野生型毛色則具備偽裝作用，其毛色的形成與其環境適應性有關，如躲避天敵、捕食、求偶及防御紫外線等［79］。也有研究發現，動物的毛色與其行為模式相關［80］。毛色性狀具有一定的經濟價值，可以為確定品種純度、親緣關系［81］等提供參考，因此也能為動物遺傳資源保護和培育提供理論參照。迄今為止，毛色方面的研究聚集在國外典型的賽馬品種上，而國內家馬品種毛色相關研究卻極具匱乏，之后的研究可以從國內地方馬品種的不同毛色形成相關基因來探究其形成的分子機理，為實踐中的育種工作做參照。而有些毛色的形成與健康相關，研究其機理可為人類黑色素瘤、神經系統缺陷等疾病的發病機理提供重要的參考模型和依據。

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（編輯 郭云雁）