kuusivuotiseen ponnistukseen osallistui kansainvälinen tutkijakonsortio, ja se on ensimmäinen kaikkien märehtijälajien täydellinen genomisekvenssi. Märehtijät ovat omaleimaisia siinä mielessä, että niillä on nelisammalinen vatsa, jonka avulla ne pystyvät lukuisten mikrobien avulla sulattamaan heikkolaatuista rehua, kuten nurmea.
naudan genomi koostuu vähintään 22 000 proteiinia koodaavasta geenistä ja muistuttaa enemmän ihmisen kuin hiirien tai rottien genomeja, tutkijat raportoivat. Karjan genomi näyttää kuitenkin järjestyneen merkittävästi uudelleen, koska sen sukujuuret poikkesivat muiden nisäkkäiden sukupuista, sanoi Illinoisin yliopiston eläintieteen professori Harris Lewin, jonka laboratorio loi naudan kromosomien korkean resoluution fyysisen kartan, jota käytettiin sekvenssin yhdenmukaistamiseen. Lewin, joka johtaa Institute for Genomic Biology, myös johti kaksi tutkijaryhmää sequencing project ja on kirjoittanut näkökulmasta artikkeli Science on bovine genome sequence ja siihen liittyvän tutkimuksen Bovine Genome and Analysis Consortium.
”nisäkkäiden joukossa naudoilla on yksi voimakkaammin uudelleen järjestetyistä genomeista”, Lewin sanoi. ”Niillä näyttää olevan enemmän translokaatioita ja inversioita (kromosominpalasista) kuin muilla nisäkkäillä, kuten kissoilla ja jopa sioilla, jotka ovat läheistä sukua naudoille.
” ihminen on itse asiassa hyvin säilynyt genomi verrattuna kaikkien istukkanisäkkäiden esi-isien genomiin, kun tarkastellaan sen yleistä organisaatiota.”
lehmän 29 kromosomiparin ja sen X-kromosomin sekvenssi (Y-kromosomia ei tutkittu) tarjoaa myös uutta tietoa naudan evoluutiosta ja ainutlaatuisista piirteistä, jotka tekevät naudasta hyödyllisen ihmisille, Lewin sanoi.
esimerkiksi Illinois animal Sciencesin tutkimusprofessori Denis Larkin teki analyysin kromosomialueista, jotka ovat alttiita rikkoutumiselle, kun solu replikoi genominsa siittiö-ja munasolujen luomista varten. Hän osoitti, että karjan genomissa nämä breakpoint-alueet sisältävät runsaasti toistuvia sekvenssejä ja segmentaalisia päällekkäisyyksiä ja sisältävät lajikohtaisia variaatioita imetykseen ja immuunivasteeseen liittyvissä geeneissä.
tässä kuussa Genome Research-lehdessä julkaistu Lewinin laboratorion aiempi tutkimus osoitti, että monien lajien kromosomien katkeamisalueilla on runsaasti kahdennettuja geenejä ja että näiltä alueilta löydettyjen geenien toiminnot poikkeavat merkittävästi muualla kromosomeissa esiintyvistä.
nämä toistot ja segmentaaliset päällekkäisyydet tapahtuvat monien eri mekanismien avulla, joista yksi sisältää yksittäisiä ja toistuvia retroposoneiksi kutsuttujen geneettisen materiaalin lyhyiden bittien insertioita genomiin.
”lehmän genomissa on monenlaisia toistoja, jotka kertyvät ajan myötä”, Lewin sanoi. ”Ja yksi niistä asioista, jotka huomasimme on, että uudet räjäyttävät sinne missä vanhat ovat keskeytyspisteiden alueilla ja hajottavat ne. Tuo on ensimmäinen kerta, kun se on nähty.”
”uusinnat tekevät paljon asioita”, hän sanoi. ”Ne voivat muuttaa geenien säätelyä. Ne voivat tehdä kromosomeista epävakaita ja saada ne todennäköisemmin rekombinoitumaan muiden kromosominpalojen kanssa sopimattomasti.”
Lewin kutsuu breakpoint-alueita ” evoluution hotspoteiksi genomissa.”
toinen Lewinin johtama analyysi, seongwon seon, joka on Lewinin laboratorion tutkijatohtori ja nykyään professori Chungnamin kansallisessa yliopistossa Etelä-Koreassa, teki metabolisia geenejä koskevan tutkimuksen, havaitsi, että viisi ihmisen metabolisiin toimintoihin omistetuista 1032 geenistä puuttuu karjan genomista tai ne ovat radikaalisti poikenneet toisistaan. Tämä viittaa siihen, että naudoilla on joitakin ainutlaatuisia aineenvaihduntareittejä, Lewin sanoi.
nämä aineenvaihdunnan erot sekä lisääntymiselle, imetykselle ja immuniteetille omistettujen geenien muutokset ovat iso osa ”sitä, mikä tekee lehmästä lehmän”, Lewin sanoi.
esimerkiksi yksi muuttuneista geeneistä, histatheriini, tuottaa lehmänmaidossa proteiinia, jolla on antimikrobisia ominaisuuksia. Tutkijat löysivät myös useita kopioita tärkeän maitoproteiinin geenistä, kaseiinista, yhden kromosomin katkeamisalueelta.
” Genomisekvenssin saaminen on nyt ikkuna ymmärtää, miten nämä muutokset tapahtuivat, miten märehtijät päätyivät nelikamamaiseen mahaan yhden sijasta, miten lehmän immuunijärjestelmä toimii ja miten se pystyy erittämään suuria määriä proteiinia maidossaan”, Lewin sanoi.
sekvensointiprojektia ja analyysiä koordinoivat Richard Gibbs ja George Weinstock Baylor College of Medicinestä, Chris Elsik Georgetownin yliopistosta ja Ross Tellam Commonwealth Scientific and Industrial Research Organization of Australiasta (CSIRO). Illinois ’n yliopiston eläintieteiden professori Lawrence Schook oli tiimissä, joka kirjoitti” sequencing project white paper ” – projektin, joka auttoi varmistamaan hankkeen rahoituksen.
cattle genomin sekvensointihankkeen rahoitti kansainvälinen ryhmä, johon kuuluivat National Human Genome Research Institute National Institutes of Health; USDA Research Service; USDA Cooperative State Research, Education and Extension Service (CSREES) National Research Initiative; Texasin osavaltio; Genome Canada through Genome British Columbia; The Alberta Science and Research Authority; CSIRO; Agritech Investments Ltd., Uusi-Seelanti; Dairy Insight Inc., Uusi-Seelanti; AgResearch Ltd., Uusi-Seelanti, Norjan tutkimusneuvosto, Kleberg-säätiö ja National, Texas ja Etelä-Dakota Beef Check-off-rahastot.
työtä Illinoisissa tehtiin USDA CSREES National Research Initiativen rahoituksella ja USDA-CSREES: n Erityisavustuksella karjan genomin Sekvensointialoitteelle.
tiedejulkaisujen ohella tutkijat julkaisivat open access-kustantamon BioMed Central-julkaisuissa 20 kumppaniraporttia, joissa kuvattiin yksityiskohtaisempia analyysejä kotimaisen naudan genomisekvenssistä. Kaikki artikkelit ovat vapaasti luettavissa osoitteessa http://www.biomedcentral.com/series/bovine.