w sześcioletnim wysiłku wzięło udział międzynarodowe konsorcjum naukowców i jest to pierwsza pełna sekwencja genomu każdego gatunku przeżuwaczy. Przeżuwacze wyróżniają się tym, że mają czterokomorowy żołądek, który – przy pomocy wielu mikrobów – pozwala im trawić paszę niskiej jakości, taką jak trawa.
Genom bydlęcy składa się z co najmniej 22 000 genów kodujących białka i jest bardziej podobny do genomu ludzi niż do genomów myszy lub szczurów, donoszą naukowcy. Jednak Genom bydła wydaje się być znacznie zreorganizowany, ponieważ jego linia odbiegała od linii innych ssaków, powiedział profesor University of Illinois animal sciences Harris Lewin, którego laboratorium stworzyło fizyczną mapę chromosomów bydła o wysokiej rozdzielczości, która została użyta do wyrównania sekwencji. Lewin, który kieruje Instytutem Biologii genomowej, kierował również dwoma zespołami naukowców nad projektem sekwencjonowania i jest autorem artykułu w Science on the bovine genome sequence oraz towarzyszącego mu badania przez Bovine Genome and Analysis Consortium.
„wśród ssaków bydło ma jeden z bardziej uporządkowanych genomów” – powiedział Lewin. „Wydaje się, że mają więcej translokacji i inwersji (fragmentów chromosomów) niż inne ssaki, takie jak koty, a nawet świnie, które są blisko spokrewnione z bydłem.
„człowiek jest w rzeczywistości bardzo konserwatywnym genomem w porównaniu do genomu przodków wszystkich ssaków łożyskowych, jeśli spojrzeć na jego ogólną organizację.”
Sekwencja 29 par chromosomów krowy i jej chromosomu X (chromosom Y nie był badany) zapewnia również nowy wgląd w ewolucję bydła i unikalne cechy, które czynią bydło użytecznym dla ludzi, powiedział Lewin.
na przykład, profesor Illinois animal sciences research Denis Larkin przeprowadził analizę regionów chromosomowych, które są podatne na pękanie, gdy komórka replikuje swój genom w przygotowaniu do tworzenia plemników i komórek jajowych. Wykazał, że w genomie bydła te regiony punktu przerwania są bogate w powtarzające się sekwencje i segmentowe duplikacje i obejmują specyficzne dla gatunku odmiany genów związane z laktacją i odpowiedzią immunologiczną.
poprzednie badanie z laboratorium Lewina opublikowane w tym miesiącu w Genome Research wykazało, że regiony punktów przerwania chromosomów wielu gatunków są bogate w zduplikowane geny i że funkcje genów znalezionych w tych regionach znacznie różnią się od tych występujących gdzie indziej w chromosomach.
te powtórzenia i segmentowe duplikacje zachodzą za pomocą wielu różnych mechanizmów, z których jeden polega na sporadycznym i powtarzającym się wprowadzaniu krótkich fragmentów materiału genetycznego, zwanych retropozonami, do genomu.
„Genom krowy ma wiele rodzajów powtórzeń, które gromadzą się w czasie”, powiedział Lewin. „Jedną z rzeczy, które odkryliśmy, jest to, że nowe wybuchają tam, gdzie stare są w regionach breakpoint i rozbijają je. Pierwszy raz to widać.
„Mogą zmienić regulację genów. Mogą sprawić, że chromosomy będą niestabilne i sprawią, że będą bardziej podatne na rekombinację z innymi fragmentami chromosomów.”
Lewin nazywa regiony punktu przerwania „hotspotami ewolucji w genomie.”
kolejna analiza prowadzona przez Lewina, badanie genów metabolicznych przeprowadzone przez Seongwon Seo, Postdoctoral fellow w laboratorium Lewina, a obecnie profesora na Chungnam National University w Korei Południowej, wykazała, że pięć z 1032 genów poświęconych funkcjom metabolicznym u ludzi brakuje w genomie bydła lub radykalnie się odbiegają. Sugeruje to, że bydło ma pewne unikalne szlaki metaboliczne, powiedział Lewin.
te różnice w metabolizmie, wraz ze zmianami w genach poświęconych reprodukcji, laktacji i odporności są dużą częścią „tego, co sprawia, że krowa jest krową”, powiedział Lewin.
na przykład jeden ze zmienionych genów, histatheryna, wytwarza białko w mleku krowim, które ma właściwości antybakteryjne. Naukowcy odkryli również wiele kopii genu dla ważnego białka mleka, kazeiny, w regionie punktu przerwania jednego z chromosomów.
„posiadanie sekwencji genomu jest teraz oknem do zrozumienia, w jaki sposób doszło do tych zmian, w jaki sposób przeżuwacze skończyli z czterokomorowym żołądkiem zamiast jednego, jak działa układ odpornościowy krowy i jak jest w stanie wydzielać duże ilości białka w mleku”, powiedział Lewin.
projekt sekwencjonowania i analizy koordynowali Richard Gibbs i George Weinstock z Baylor College Of Medicine; Chris Elsik z Georgetown University; i Ross Tellam z Commonwealth Scientific and Industrial Research Organization of Australia (CSIRO). Profesor nauk o zwierzętach University of Illinois Lawrence Schook był w zespole, który napisał białą księgę projektu sekwencjonowania, która odegrała kluczową rolę w zapewnieniu finansowania tej inicjatywy.
finansowanie projektu sekwencjonowania genomu bydła zostało dostarczone przez międzynarodową grupę składającą się z National Human Genome Research Institute w National Institutes of Health; USDA Research Service; specjalny grant z USDA Cooperative State Research, Education and Extension Service (CSREES) National Research Initiative; stan Teksas; Genome Canada poprzez Genome British Columbia; Alberta Science and Research Authority; CSIRO; Agritech Investments Ltd., Nowa Zelandia; Dairy Insight Inc., Nowa Zelandia; AgResearch Ltd., Nowa Zelandia; Research Council of Norway; Kleberg Foundation; oraz National, Texas and South Dakota Beef Check-off Funds.
Praca w Illinois została wykonana z funduszy z USDA CSREES National Research Initiative oraz specjalnego Grantu USDA-CSREES na inicjatywę sekwencjonowania genomu zwierząt gospodarskich.
wraz z artykułami naukowymi naukowcy opublikowali 20 raportów opisujących bardziej szczegółowe analizy sekwencji genomu bydła domowego w czasopismach wydawanych przez Wydawnictwo BioMed Central. Wszystkie artykuły można znaleźć pod adresem http://www.biomedcentral.com/series/bovine.