6年間の努力は、研究者の国際的なコンソーシアムを関与し、任意の反すう動物種の最初の完全なゲノム配列です。 反芻動物は、多数の常駐微生物の助けを借りて、草のような低品質の飼料を消化することを可能にする4室の胃を持っているという点で特徴的です。
牛のゲノムは少なくとも22,000個のタンパク質コード遺伝子で構成されており、マウスやラットのゲノムよりもヒトのゲノムに類似していると研究者らは報告している。 しかし、牛のゲノムは、その系統が他の哺乳類のものから分岐して以来、大幅に再編成されているように見える、とイリノイ大学動物科学教授Harris Lewinは、その研究室が配列を整列させるために使用された牛の染色体の高解像度の物理マップを作成したと述べた。 ゲノム生物学研究所を指揮するLewinは、シーケンシングプロジェクトの研究者の二つのチームを率いて、牛のゲノム配列に関する科学の視点の記事と牛のゲノムアンドアナリティスコンソーシアムによるそれに付随する研究の著者でもあります。
「哺乳類の中で、牛はより高度に再配列されたゲノムの1つを持っている」とLewin氏は述べた。 「彼らは、牛と密接に関連している猫や豚などの他の哺乳動物よりも（染色体断片の）転座と逆転を持っているようです。
「人間は、全体的な組織を見ると、すべての胎盤哺乳類の先祖のゲノムと比較して、実際には非常に保存されたゲノムです。”
牛の29対の染色体とそのX染色体（Y染色体は研究されていない）の配列は、牛の進化と牛を人間に有用にするユニークな形質に関する新しい洞察を提
例えば、イリノイ動物科学の研究教授デニス-ラーキンは、精子や卵細胞の作成の準備のために細胞がゲノムを複製するときに破損しやすい染色体領域の解析を行った。 彼は、牛のゲノムにおいて、これらのブレークポイント領域は、反復配列および分節重複が豊富であり、泌乳および免疫応答に関連する遺伝子の種特異的変異を含むことを示した。
今月発表されたLewinの研究室の以前の研究では、多くの種の染色体のブレークポイント領域には重複した遺伝子が豊富であり、これらの領域に見られる遺伝子の機能は、染色体の他の場所に存在するものとは大きく異なることが示された。
これらの反復と分節的重複は、多くの異なるメカニズムによって起こり、そのうちの一つは、レトロポゾンと呼ばれる遺伝物質の短いビットのゲノムへの散発的かつ反復的な挿入を含む。
「牛のゲノムには、時間の経過とともに蓄積する多くの種類の繰り返しがあります」とLewin氏は述べています。 “そして、私たちが見つけたことの一つは、新しいものがブレークポイント地域の古いものがどこにあるかに爆破し、それらをバラバラにしているとい それが見られたのは初めてです。”
“繰り返しは多くのことをする”と彼は言った。 「彼らは遺伝子の調節を変えることができます。 彼らは、染色体を不安定にし、不適切に染色体の他の部分と再結合する可能性が高くすることができます。”
Lewinはブレークポイント領域を”ゲノムにおける進化のホットスポット。”
Lewinが率いる別の分析は、Lewinの研究室のポスドクフェローであり、現在は韓国の忠南大学の教授であるSeongwon Seoによって行われた代謝遺伝子の研究で、ヒトの代謝機能に特化した1,032個の遺伝子のうち、牛のゲノムから欠落しているか、根本的に分岐していることを発見した。 これは、牛にはいくつかのユニークな代謝経路があることを示唆している、とLewin氏は述べた。
これらの代謝の違い、生殖、授乳期、免疫に特化した遺伝子の変化は、「牛を牛にするもの」の大きな部分であるとLewin氏は述べている。
例えば、変更された遺伝子の一つであるヒスタリンは、抗菌特性を有する牛乳中のタンパク質を産生する。 研究者らはまた、重要な乳タンパク質、カゼインの遺伝子の複数のコピーを、染色体の1つのブレークポイント領域で発見した。
「ゲノム配列を持つことで、これらの変化がどのように起こったのか、反芻動物がどのようにして胃の代わりに4室の胃になったのか、牛の免疫系がどのように機能し、牛乳中に大量のタンパク質を分泌することができるのかを理解するための窓になりました」とLewin氏は述べています。
配列決定プロジェクトと分析は、Baylor College of MedicineのRichard GibbsとGeorge Weinstock、Georgetown UniversityのChris Elsik、およびCommonwealth Scientific And Industrial Research Organization of Australia（CSIRO）のRoss Tellamによって調整されました。 イリノイ大学動物科学教授のローレンス-スクックは、イニシアチブのための資金調達を確保する上で尽力したシーケンシング-プロジェクト-ホワイトペーパーを書いたチームにいた。
牛ゲノムシーケンスプロジェクトのための資金は、国立衛生研究所の国立ヒトゲノム研究所、USDAリサーチサービス、USDA協同国家研究、教育および拡張サービス（CSREES）; Genome Canada through Genome British Columbia;The Alberta Science and Research Authority;CSIRO;Agritech Investments Ltd.、ニュージーランド、乳製品インサイト株式会社。,ニュージーランド;AgResearch Ltd.、ニュージーランド、ノルウェーの研究評議会、クレバーグ財団、および国立、テキサス州とサウスダコタ州の牛肉チェックオフ基金。
イリノイ州での作業は、USDA CSREES National Research InitiativeとUsda-CSREES家畜ゲノム配列決定イニシアチブのための特別助成金からの資金で行われました。
研究者らは、科学論文とともに、オープンアクセス出版社BioMed Centralのジャーナルに、国内の牛のゲノム配列のより詳細な分析を記述する20のコンパニオンレポートを公開しました。 すべての記事はhttp://www.biomedcentral.com/series/bovineで自由にアクセスできます。