den sexåriga ansträngningen involverade ett internationellt konsortium av forskare och är den första fullständiga genomsekvensen för alla idisslare. Idisslare är utmärkande genom att de har en fyrkammare mage som-med hjälp av en mängd bosatta mikrober – gör det möjligt för dem att smälta foder av låg kvalitet som gräs.
bovint genom består av minst 22 000 proteinkodande gener och är mer lik den hos människor än genomen hos möss eller råttor, rapporterar forskarna. Emellertid verkar nötkreaturgenomet ha omorganiserats avsevärt sedan dess härstamning avviker från andra däggdjurs, säger University of Illinois animal sciences Professor Harris Lewin, vars laboratorium skapade den högupplösta fysiska kartan över nötkreaturskromosomerna som användes för att anpassa sekvensen. Lewin, som leder Institutet för genomisk biologi, ledde också två forskargrupper på sekvenseringsprojektet och är författare till en Perspektivartikel i Science on the bovint genome sequence och en medföljande studie av bovint Genome and Analysis Consortium.
”bland däggdjuren har nötkreatur en av de mer omarrangerade genomerna”, sa Lewin. ”De verkar ha fler translokationer och inversioner (av kromosomfragment) än andra däggdjur, som katter och till och med grisar, som är nära besläktade med nötkreatur.
” människan är faktiskt ett mycket konserverat genom jämfört med förfädernas genom hos alla placenta däggdjur, när man tittar på dess övergripande organisation.”
sekvensen av koens 29 par kromosomer och dess X-kromosom (Y-kromosomen studerades inte) ger också nya insikter i bovin utveckling och de unika egenskaperna som gör nötkreatur användbara för människor, sa Lewin.
till exempel genomförde Illinois animal sciences research professor Denis Larkin en analys av kromosomregionerna som är benägna att bryta när en cell replikerar sitt genom som förberedelse för skapandet av spermier och äggceller. Han visade att i nötkreatursgenomet är dessa brytpunktregioner rika på repetitiva sekvenser och segmentduplikationer och inkluderar artspecifika variationer i gener associerade med laktation och immunsvar.
en tidigare studie från Lewins laboratorium som publicerades denna månad i genomforskning visade att brytpunktregionerna för många arters kromosomer är rika på duplicerade gener och att funktionerna hos gener som finns i dessa regioner skiljer sig avsevärt från de som förekommer någon annanstans i kromosomerna.
dessa upprepningar och segmentduplikationer sker med hjälp av många olika mekanismer, varav en innefattar sporadiska och upprepade Infogningar av korta bitar av genetiskt material, kallade retroposoner, i genomet.
”kogenomet har många typer av upprepningar som ackumuleras över tiden”, sa Lewin. ”Och en av de saker som vi fann är att de nya spränger in där de gamla är i brytpunktsregionerna och bryter dem isär. Det är första gången det ses.”
”upprepningarna gör många saker,” sa han. ”De kan ändra regleringen av generna. De kan göra kromosomerna instabila och göra dem mer benägna att rekombinera med andra bitar av kromosomer olämpligt.”
Lewin kallar brytpunktsregionerna ”hotspots av evolution i genomet.”
en annan analys ledd av Lewin, En studie av metaboliska gener utförda av Seongwon Seo, en postdoktor i Lewins laboratorium och nu professor vid Chungnam National University i Sydkorea, fann att fem av de 1,032-gener som ägnas åt metaboliska funktioner hos människor saknas i nötkreatursgenomet eller har radikalt divergerat. Detta tyder på att nötkreatur har några unika metaboliska vägar, sa Lewin.
dessa skillnader i metabolism, tillsammans med förändringar i gener som ägnas åt reproduktion, laktation och immunitet är en stor del av ”vad som gör en ko en ko”, sa Lewin.
till exempel producerar en av de förändrade generna, histatherin, ett protein i komjölk som har antimikrobiella egenskaper. Forskarna fann också flera kopior av en gen för ett viktigt mjölkprotein, kasein, i en brytpunktregion i en av kromosomerna.
”att ha genomsekvensen är nu fönstret för att förstå hur dessa förändringar inträffade, hur idisslare slutade med en fyra kammare i stället för en, Hur koens immunsystem fungerar och hur det kan utsöndra stora mängder protein i sin mjölk”, sa Lewin.
sekvenseringsprojektet och analysen samordnades av Richard Gibbs och George Weinstock, från Baylor College of Medicine; Chris Elsik, från Georgetown University; och Ross Tellam, från Commonwealth Scientific and Industrial Research Organization of Australia (CSIRO). University of Illinois animal sciences professor Lawrence Schook var på laget som skrev sekvenseringsprojektet white paper, vilket var avgörande för att säkra finansiering för initiativet.
finansiering för cattle genome sequencing project tillhandahölls av en internationell grupp bestående av National Human Genome Research Institute vid National Institutes of Health; USDA Research Service; ett särskilt bidrag från USDA Cooperative State Research, Education and Extension Service (CSREES) National Research Initiative; delstaten Texas; Genom Kanada genom Genom British Columbia; Alberta Science and Research Authority; CSIRO; Agritech Investments Ltd., Nya Zeeland; Dairy Insight Inc., Nya Zeeland; AgResearch Ltd., Nya Zeeland; Norges forskningsråd; Kleberg Foundation; och National, Texas och South Dakota Beef Check-off fonder.
arbetet i Illinois utfördes med finansiering från USDA CSREES National Research Initiative och ett USDA-CSREES Specialbidrag för initiativet för sekvensering av boskap.
tillsammans med vetenskapliga artiklar publicerade forskare 20 kompanjonrapporter som beskriver mer detaljerade analyser av den inhemska nötkreatursgenomsekvensen i tidskrifter från open access-förlaget BioMed Central. Alla artiklar kan fritt nås på http://www.biomedcentral.com/series/bovine.