efortul de șase ani a implicat un consorțiu internațional de cercetători și este prima secvență completă a genomului oricărei specii de rumegătoare. Rumegătoarele sunt distincte prin faptul că au un stomac cu patru camere care-cu ajutorul unei multitudini de microbi rezidenți – le permite să digere furaje de calitate scăzută, cum ar fi iarba.
genomul bovin este format din cel puțin 22.000 de gene care codifică proteinele și este mai asemănător cu cel al oamenilor decât cu genomul șoarecilor sau șobolanilor, relatează cercetătorii. Cu toate acestea, genomul bovinelor pare să fi fost reorganizat semnificativ, deoarece descendența sa a divergut de cele ale altor mamifere, a declarat profesorul Harris Lewin de la Universitatea din Illinois, al cărui laborator a creat harta fizică de înaltă rezoluție a cromozomilor bovini care a fost utilizată pentru alinierea secvenței. Lewin, care conduce Institutul de Biologie genomică, a condus, de asemenea, două echipe de cercetători în proiectul de secvențiere și este autorul unui articol de perspectivă în știință privind secvența genomului bovin și un studiu însoțitor al Consorțiului de genom și analiză bovină.
„printre mamifere, bovinele au unul dintre genomii mai rearanjați”, a spus Lewin. „Par să aibă mai multe translocații și inversiuni (ale fragmentelor cromozomiale) decât alte mamifere, cum ar fi pisicile și chiar porcii, care sunt strâns legate de bovine.
” omul este de fapt un genom foarte conservat în comparație cu genomul ancestral al tuturor mamiferelor placentare, dacă ne uităm la organizarea sa generală.”
secvența celor 29 de perechi de cromozomi ai vacii și cromozomul său X (cromozomul Y nu a fost studiat) oferă, de asemenea, noi perspective asupra evoluției bovinelor și a trăsăturilor unice care fac vitele utile oamenilor, a spus Lewin.
de exemplu, Illinois animal sciences profesor de cercetare Denis Larkin a efectuat o analiză a regiunilor cromozomiale care sunt predispuse la rupere atunci când o celulă reproduce genomul său în curs de pregătire pentru crearea de spermatozoizi și celule de ou. El a arătat că în genomul bovinelor aceste regiuni de întrerupere sunt bogate în secvențe repetitive și duplicări segmentare și includ variații specifice speciilor în genele asociate cu lactația și răspunsul imun.
un studiu anterior din laboratorul lui Lewin publicat luna aceasta în Genome Research a arătat că regiunile punctului de întrerupere ale cromozomilor multor specii sunt bogate în gene duplicate și că funcțiile genelor găsite în aceste regiuni diferă semnificativ de cele care apar în alte părți ale cromozomilor.
aceste repetări și duplicări segmentale apar prin intermediul multor mecanisme diferite, dintre care unul implică inserții sporadice și repetate de bucăți scurte de material genetic, numite retroposoni, în genom.
„genomul vacii are multe tipuri de repetări care se acumulează în timp”, a spus Lewin. „Și unul dintre lucrurile pe care le-am găsit este că cele noi sunt de sablare în cazul în care cele vechi sunt în regiunile breakpoint și de rupere-le în afară. E prima dată când se vede asta.”
” repetițiile fac multe lucruri”, a spus el. „Ei pot schimba reglarea genelor. Ele pot face cromozomii instabili și le pot face mai susceptibile de a se recombina cu alte bucăți de cromozomi în mod necorespunzător.”
Lewin numește regiunile punctului de întrerupere „puncte fierbinți ale evoluției în genom.”
o altă analiză condusă de Lewin, un studiu al genelor metabolice efectuate de Seongwon Seo, un coleg postdoctoral în laboratorul lui Lewin și acum profesor la Universitatea Națională Chungnam din Coreea de sud, a constatat că cinci dintre cele 1.032 de gene dedicate funcțiilor metabolice la om lipsesc din genomul bovinelor sau au divergent radical. Acest lucru sugerează că bovinele au unele căi metabolice unice, a spus Lewin.
aceste diferențe în metabolism, împreună cu modificările genelor dedicate reproducerii, lactației și imunității sunt o mare parte a „ceea ce face o vacă o vacă”, a spus Lewin.
de exemplu, una dintre genele modificate, histaterina, produce o proteină în laptele de vacă care are proprietăți antimicrobiene. Cercetătorii au descoperit, de asemenea, mai multe copii ale unei gene pentru o proteină importantă din lapte, cazeina, într-o regiune a punctului de întrerupere a unuia dintre cromozomi.
„a avea secvența genomului este acum fereastra pentru a înțelege cum au avut loc aceste schimbări, cum rumegătoarele au ajuns cu un stomac cu patru camere în loc de unul, cum funcționează sistemul imunitar al vacii și cum este capabil să secrete cantități mari de proteine în laptele său”, a spus Lewin.
proiectul și analiza de secvențiere au fost coordonate de Richard Gibbs și George Weinstock, de la Colegiul de Medicină Baylor; Chris Elsik, de la Universitatea Georgetown; și Ross Tellam, de la Commonwealth Scientific and Industrial Research Organization of Australia (CSIRO). Profesorul Lawrence Schook de la Universitatea din Illinois a făcut parte din echipa care a scris cartea albă a proiectului de secvențiere, care a avut un rol esențial în asigurarea finanțării inițiativei.
finanțarea pentru proiectul de secvențiere a genomului bovinelor a fost asigurată de un grup internațional format din Institutul Național de cercetare a genomului uman de la Institutele Naționale de sănătate; serviciul de cercetare USDA; o subvenție specială din partea inițiativei naționale de cercetare, educație și extindere a statului cooperativ USDA (CSREES); statul Texas; Genome Canada prin Genome British Columbia; Autoritatea pentru știință și cercetare din Alberta; CSIRO; Agritech Investments Ltd., Noua Zeelandă; Dairy Insight Inc., Noua Zeelandă; AgResearch Ltd., Noua Zeelandă; Consiliul de Cercetare al Norvegiei; Fundația Kleberg; și fondurile naționale de verificare a cărnii de vită din Texas și Dakota de Sud.
lucrările de la Illinois au fost realizate cu finanțare de la inițiativa națională de cercetare USDA CSREES și o subvenție specială USDA-CSREES pentru inițiativa de secvențiere a genomului animalelor.
împreună cu lucrările științifice, cercetătorii au publicat 20 de rapoarte însoțitoare care descriu analize mai detaliate ale secvenței genomului bovinelor domestice în reviste ale editorului cu acces deschis BioMed Central. Toate articolele pot fi accesate gratuit la http://www.biomedcentral.com/series/bovine.