de zesjarige inspanning betrof een internationaal consortium van onderzoekers en is de eerste volledige genoomsequentie van herkauwers. Herkauwers onderscheiden zich doordat ze een vierkamervormige maag hebben die hen-met behulp van een groot aantal microben – in staat stelt voeder van lage kwaliteit, zoals gras, te verteren.
het rundergenoom bestaat uit ten minste 22.000 eiwitcoderende genen en lijkt meer op dat van mensen dan op het genoom van muizen of ratten, aldus de onderzoekers. Echter, het vee genoom lijkt te zijn aanzienlijk gereorganiseerd sinds zijn afstamming diverged van die van andere zoogdieren, zei University of Illinois animal sciences professor Harris Lewin, wiens lab creëerde de hoge-resolutie fysieke kaart van de runderchromosomen die werd gebruikt om de sequentie af te stemmen. Lewin, directeur van het Institute for Genomic Biology, leidde ook twee teams van onderzoekers op het sequencing project en is de auteur van een perspectief artikel in de wetenschap over de bovine genome sequentie en een begeleidende studie van het Bovine Genome and Analysis Consortium.
“onder de zoogdieren, hebben runderen een van de meer sterk herschikte genomen,” zei Lewin. “Ze lijken meer translocaties en inversies (van chromosoomfragmenten) te hebben dan andere zoogdieren, zoals katten en zelfs varkens, die nauw verwant zijn aan runderen.
” de mens is eigenlijk een zeer geconserveerd genoom in vergelijking met het voorouderlijke genoom van alle placentale zoogdieren, als je kijkt naar de totale organisatie.”
de sequentie van de 29 paar chromosomen van de koe en zijn X-chromosoom (het Y-chromosoom werd niet bestudeerd) geeft ook nieuwe inzichten in de evolutie van runderen en de unieke eigenschappen die vee nuttig maken voor de mens, Lewin zei.
bijvoorbeeld, Professor Denis Larkin in Illinois heeft een analyse uitgevoerd van de chromosoomgebieden die gevoelig zijn voor breuk wanneer een cel zijn genoom repliceert ter voorbereiding op de aanmaak van sperma en eicellen. Hij toonde aan dat in het rundergenoom deze breekpuntgebieden rijk zijn aan repetitieve sequenties en segmentale duplicaties en species-specifieke variaties in genen geassocieerd met lactatie en immuunrespons omvatten.Een vorige studie van Lewin ’s lab, die deze maand in Genome Research werd gepubliceerd, toonde aan dat de breakpoint regio’ s van veel soorten chromosomen rijk zijn aan gedupliceerde genen en dat de functies van genen die in deze regio ‘ s worden gevonden aanzienlijk verschillen van die welke elders in de chromosomen voorkomen.
deze herhalingen en segmentale duplicaties vinden plaats door middel van vele verschillende mechanismen, waaronder sporadische en herhaalde inserties van korte stukjes genetisch materiaal, retroposons genaamd, in het genoom.
“het koeiengenoom heeft vele soorten herhalingen die zich in de loop van de tijd ophopen,” zei Lewin. “En een van de dingen die we vonden is dat de nieuwe stralen naar waar de oude zijn in de breekpunt regio’ s en breken ze uit elkaar. Dat is de eerste keer dat dat is gezien.”
“the repeats do a lot of things,” zei hij. “Ze kunnen de regulatie van de genen veranderen. Ze kunnen de chromosomen onstabiel maken en ze meer kans maken om ongepast te recombineren met andere stukjes chromosomen.”
Lewin noemt de breekpuntregio ‘ s ” hotspots van evolutie in het genoom.”
deze verschillen in metabolisme, samen met veranderingen in genen gewijd aan de voortplanting, borstvoeding en immuniteit zijn een groot deel van “wat maakt een koe een koe,” Lewin zei.
een van de gewijzigde genen, histatherine, produceert bijvoorbeeld een eiwit in koemelk dat antimicrobiële eigenschappen heeft. De onderzoekers vonden ook meerdere kopieën van een gen voor een belangrijk melkeiwit, caseïne, in een breekpuntgebied van een van de chromosomen.
” het hebben van de genoomsequentie is nu het venster om te begrijpen hoe deze veranderingen zich voordeden, hoe herkauwers eindigde met een vierkamerige maag in plaats van een, hoe het immuunsysteem van de koe werkt en hoe het in staat is om grote hoeveelheden eiwit in de melk af te scheiden,” zei Lewin.Het sequencing project en de analyse werden gecoördineerd door Richard Gibbs en George Weinstock, van het Baylor College Of Medicine; Chris Elsik, van de Universiteit van Georgetown; en Ross Tellam, van de Commonwealth Scientific and Industrial Research Organization of Australia (CSIRO). University of Illinois animal sciences Professor Lawrence Schook was in het team dat het sequencing Project white paper schreef, die instrumenteel was in het veiligstellen van financiering voor het initiatief.De financiering van het cattle genome sequencing project werd verstrekt door een internationale groep bestaande uit het National Human Genome Research Institute van de National Institutes of Health; de USDA Research Service; een speciale subsidie van het USDA Cooperative State Research, Education and Extension Service (CSREES) National Research Initiative; de staat Texas; Genome Canada via Genome British Columbia; the Alberta Science and Research Authority; CSIRO; Agritech Investments Ltd., Nieuw-Zeeland; Dairy Insight Inc., Nieuw-Zeeland; AgResearch Ltd., Nieuw-Zeeland; de Onderzoeksraad van Noorwegen; de Kleberg Foundation; en de nationale, Texas en South Dakota Beef Check-off Funds.
de werkzaamheden in Illinois werden uitgevoerd met financiering van het USDA CSREES National Research Initiative en een USDA-CSREES Special Grant voor het Livestock Genome Sequencing Initiative.
samen met de wetenschappelijke papers publiceerden onderzoekers 20 begeleidende rapporten waarin gedetailleerdere analyses van de genoomsequentie van gedomesticeerde runderen werden beschreven in tijdschriften van de open access uitgever BioMed Central. Alle artikelen zijn vrij toegankelijk op http://www.biomedcentral.com/series/bovine.