X連鎖ARHGAP36基因座缺失與家貓橙色毛色的關聯機制

Highlights
? 首次鑒定X連鎖ARHGAP36基因作為家貓橙色毛色的決定性遺傳因子
? 5.1 kb內含子缺失通過移除進化保守的調控元件，導致基因表達異常
? 該基因表達與黑色素合成通路關鍵酶（TYR/TYRP1/DCT等）呈顯著負相關
? DNA甲基化譜證實其受隨機X染色體失活（XCI）調控

系統性篩選揭示關鍵遺傳變異
通過比較18只家貓（8只三花貓、1只玳瑁貓和8只非橙色貓）的全基因組數據，在X染色體1.5 Mb候選區域內鎖定ARHGAP36基因第一內含子的5,076 nt缺失（109,186,183-109,191,258）。該缺失在全部58只橙色毛貓中呈現100%關聯性，包含13只雜合子玳瑁貓和2只純合子橙色雌貓。深度分析發現缺失區內含436 nt超保守序列（UCE-like），人類同源區域在ENCODE數據庫中被注釋為神經母細胞瘤中GATA2/3和RCOR1等轉錄因子的結合位點。

基因表達與黑色素通路的負調控
RNA-seq數據顯示，ARHGAP36在橙色毛皮膚區域特異性高表達（FPKM>10），其表達水平與17個黑色素合成通路基因（如WNT10B/ADCY7/LEF1）呈顯著負相關。值得注意的是，真黑素合成關鍵酶TYRP1和DCT在橙色區域表達量下降5倍以上，而偽黑素合成未受影響，表明該基因通過抑制真黑素生成實現毛色轉換。

X染色體失活的表觀遺傳證據
通過重分析小鼠胚胎成纖維細胞（MEFs）RNA-seq數據，發現Arhgap36轉錄本僅來自活性X染色體（X^B6-ΔA）。全基因組甲基化測序（WGBS）顯示，雌貓X連鎖啟動子區CpG島（CGI）甲基化水平（26.3%-31.2%）顯著高于雄貓（3.5%）。在雜合子玳瑁貓中，ARHGAP36的CGI#1區域呈現等位基因平衡甲基化（~50%），符合隨機XCI特征。

跨物種比較與單一起源假說
盡管金黃倉鼠X連鎖Sly基因也控制橙色毛色，但比較基因組學證實其與貓ARHGAP36位于不同染色體區段。對258只全球分布家貓的分析顯示，所有攜帶該缺失的個體（n=61）均共享上游0.5 kb處連鎖SNP（109,185,709 C>T），支持橙色表型單一起源學說，反駁了早期微衛星標記研究提出的多起源假說。

討論與展望
該研究破解了困擾學界60余年的家貓毛色遺傳之謎，為Lyon假說提供了分子層面驗證。ARHGAP36作為非典型RhoGAP蛋白，可能通過抑制蛋白激酶A（PKA）催化亞基的泛素化降解，間接調控MC1R信號通路。未來利用貓誘導多能干細胞（iPS）分化為黑色素細胞，將有助于解析該基因在毛囊周期中的精確調控機制。研究還提示ARHGAP36可能成為人類X連鎖Bazex-Dupré-Christol綜合征（BDCS）的新型候選基因。