den seksårige indsats involverede et internationalt konsortium af forskere og er den første fulde genomsekvens af enhver drøvtyggerart. Drøvtyggere er karakteristiske, fordi de har en firekammeret mave, der-ved hjælp af en lang række hjemmehørende mikrober – giver dem mulighed for at fordøje foder af lav kvalitet, såsom græs.
kvæggenomet består af mindst 22.000 proteinkodende gener og ligner mere mennesker end genomer fra mus eller rotter, rapporterer forskerne. Imidlertid, kvæggenomet ser ud til at være blevet omorganiseret markant, siden dets Slægt divergerede fra andre pattedyrs, sagde professor i dyrevidenskab fra University of Illinois, hvis laboratorium skabte det fysiske kort med høj opløsning over de kvægkromosomer, der blev brugt til at justere sekvensen. Han er forfatter til en Perspektivartikel i Science om bovin genomsekvensen og en ledsagende undersøgelse foretaget af bovin Genome and Analysis Consortium.
“blandt pattedyrene har kvæg en af de mere stærkt omarrangerede genomer,” sagde han. “De ser ud til at have flere translokationer og inversioner (af kromosomfragmenter) end andre pattedyr, såsom katte og endda svin, der er tæt beslægtet med kvæg.
“mennesket er faktisk et meget konserveret genom sammenlignet med det forfædres genom hos alle placentale pattedyr, når man ser på dets overordnede organisation.”
sekvensen af koens 29 par kromosomer og dens kromosom (Y-kromosomet blev ikke undersøgt) giver også ny indsigt i kvægudvikling og de unikke træk, der gør kvæg nyttigt for mennesker.
for eksempel gennemførte Illinois animal sciences research professor Denis Larkin en analyse af kromosomregionerne, der er tilbøjelige til brud, når en celle replikerer sit genom som forberedelse til oprettelse af sædceller og ægceller. Han viste, at i kvæggenomet er disse breakpoint-regioner rige på gentagne sekvenser og segmentale duplikationer og inkluderer artsspecifikke variationer i gener forbundet med amning og immunrespons.
en tidligere undersøgelse offentliggjort denne måned i Genome Research viste, at breakpoint-regionerne i mange arters kromosomer er rige på duplikerede gener, og at funktionerne af gener, der findes i disse regioner, adskiller sig markant fra dem, der forekommer andre steder i kromosomerne.
disse gentagelser og segmentale duplikationer forekommer ved hjælp af mange forskellige mekanismer, hvoraf den ene involverer sporadiske og gentagne indsættelser af korte stykker genetisk materiale, kaldet retroposoner, i genomet.
“ko-genomet har mange typer gentagelser, der akkumuleres over tid,” sagde han. “Og en af de ting, vi fandt, er, at de nye sprænger ind, hvor de gamle er i breakpoint-regionerne og bryder dem fra hinanden. Det er første gang, at det er blevet set.”
“gentagelserne gør mange ting,” sagde han. “De kan ændre reguleringen af generne. De kan gøre kromosomerne ustabile og gøre dem mere tilbøjelige til at rekombinere med andre stykker kromosomer uhensigtsmæssigt.”
Luvin kalder breakpoint-regionerne ” hotspots for evolution i genomet.”
en anden analyse ledet af Lundin, en undersøgelse af metaboliske gener udført af Seongvon Seo, en postdoktor i Lundins laboratorium og nu professor ved Chungnam National University i Sydkorea, fandt ud af, at fem af de 1.032 gener, der er afsat til metaboliske funktioner hos mennesker, mangler fra kvæggenomet eller har radikalt divergeret. Dette tyder på, at kvæg har nogle unikke metaboliske veje, sagde han.
disse forskelle i metabolisme sammen med ændringer i gener, der er afsat til reproduktion, amning og immunitet, er en stor del af “hvad der gør en ko til en ko,” sagde han.
for eksempel producerer et af de ændrede gener, histatherin, et protein i komælk, der har antimikrobielle egenskaber. Forskerne fandt også flere kopier af et gen for et vigtigt mælkeprotein, kasein, i et breakpoint-område af en af kromosomerne.
“at have genomsekvensen er nu vinduet til at forstå, hvordan disse ændringer skete, hvordan drøvtyggere endte med en firekammeret mave i stedet for en, hvordan koens immunsystem fungerer, og hvordan det er i stand til at udskille store mængder protein i sin mælk,” sagde han.
sekventeringsprojektet og analysen blev koordineret af Richard Gibbs fra Baylor College of Medicine; Chris Elsik fra University of Georgia; og Ross Tellam fra Australiens videnskabelige og industrielle forskningsorganisation (CSIRO). University of Illinois animal sciences professor var på holdet, der skrev sekventeringsprojektets hvidbog, som var medvirkende til at sikre finansiering til initiativet.
finansiering af kvæggenomsekventeringsprojektet blev leveret af en international gruppe bestående af National Human Genome Research Institute ved National Institutes of Health; USDA Research Service; en særlig bevilling fra USDA Cooperative State Research, Education and udvidelsestjeneste (CSREES) National Research Initiative; Statens forskningsinitiativ for kvæggenomsekventering (csrees); Genom Canada gennem genom British Columbia; Alberta Science and Research Authority; CSIRO; Agritech Investments Ltd. Danmark; Dairy Insight Inc., Denmark; AgResearch Ltd. Kleberg Foundation, National, South Dakota og South Dakota Beef check-off midler.
arbejdet i Illinois blev udført med finansiering fra USDA Csrees National Research Initiative og en USDA-CSREES Special Grant til Husdyrgenomsekventeringsinitiativet.
sammen med videnskabelige artikler offentliggjorde forskere 20 ledsagerrapporter, der beskriver mere detaljerede analyser af husdyrgenomsekvensen i tidsskrifter fra Open access-udgiveren BioMed Central. Alle artikler kan frit tilgås på http://www.biomedcentral.com/series/bovine.