Геномная последовательность проливает свет на эволюцию жвачных
Исследователи сообщили в журнале Science, что они секвенировали бычий геном и впервые показали генетические особенности, которые отличают крупный рогатый скот от людей и других млекопитающих.
Шестилетняя работа, включающая международный консорциум, и вот она - первая полная геномная последовательность жвачного животного. Жвачные отличаются тем, что имеют четырехкамерный желудок с множеством проживающих в нем микробов, что позволяет им переваривать низкокачественный грубый корм, такой как трава.
Бычий геном состоит как минимум из 22,000 белок-кодирующих генов, что более сближает коров с людьми, чем с мышами или крысами. Однако коровий геном был значительно реорганизован с тех пор, как они отделились от других млекопитающих, по словам профессора сельского хозяйства из университета Иллинойса, Гарриса Левина (Harris Lewin), чья лаборатория создала физическую карту высокого разрешения бычьих хромосом, которая использовалась для выравнивания последовательности. Левин руководит институтом Геномной биологии, а так же управляет двумя группами, работающими над проектами секвенирования, кроме того, является автором видной статьи в Science по геномной последовательности коров.
«Коровы имеют наиболее перестроенный геном среди млекопитающих. У них больше транслокаций и инверсий (хромосомных фрагментов), чем у других млекопитающих, таких как кошки или даже свиньи, которые ближе к коровам», говорит Левин.
«У людей очень консервативный геном по сравнению с родовым геномом всех плацентарных млекопитающих, если смотреть на принципиальную организацию».
Последовательность 29 пар коровьих хромосом плюс Х хромосомы (Y не изучена) предоставляет еще и новые знания в области эволюции, а так же характеристику уникальных особенностей коров, которые делают ее настолько полезной для человека.
Например, профессор Денис Ларкин (Denis Larkin) из Иллинойса провёл анализ областей хромосом, которые склонны к повреждениям во время репликации клеткой генома при подготовке к созданию половых клеток. Он показал, что в коровьем геноме точки разрывов являются областями высоких повторов и частичных дупликаций, а так же включают видоспецифичные вариации генов, ассоциированных с лактацией и иммунным ответом.
В предыдущем исследовании лаборатории Левина, опубликованном в этом месяце в Genome Research, было показано, что области точек разрывов в хромосомах разных видов богаты удвоенными генами и, что функции генов в этих областях отличаются от таковых при расположении этих же генов в других областях хромосом.
Появление этих повторов и частичных дупликаций объясняется разными механизмами, одним из которых являются случайные и повторяющиеся вставки небольших кусочков генетического материала, называемых ретротранспозонами.
«В коровьем геноме есть много типов повторов, которые накапливаются с течением времени», говорит Левин. «Одна из вещей, которые мы нашли, заключается в том, что новые повторы дробят старые в областях точек разрывов, разбивая их на части. Это было замечено впервые».
«Повторы делают много чего. Они могут менять регуляцию генов. Могут сделать хромосому нестабильной и увеличить вероятность ее рекомбинации с другим куском несоответствующей хромосомы», говорит он же.
Левин называет области точек разрывов «горячими точками эволюции генома».
Пор руководством Левина было проведено исследование метаболических генов, исполненное Сьёнгвон Сео (Seongwon Seo), который сейчас является профессором Национального университета Chungnam в Южной Корее. Эта работа показала, что пять генов из 1,032, выполняющих метаболические функции у человека, отсутствуют у коров или очень серьезно изменены. Это предполагает наличие некоторых уникальных для коров метаболических путей, говорит Левин.
Эта разница в метаболизме, вместе с изменениями генов ответственных за размножение, лактацию и иммунитет составляют большую часть того, «что делает корову коровой».
Например, один измененный ген, гистазерин (histatherin), производит белок коровьего молока с антимикробными свойствами. Исследователи так же обнаружили в области точек разрывов хромосом многочисленные копии гена, кодирующего важный молочный белок казеин.
«Расшифрованная геномная последовательность позволит понять, как происходили эти изменения, каким образом у жвачных животных образовался четырехкамерный желудок, как функционирует иммунная система коров и что дает им возможность производить такие огромные количества молока», говорит Левин.
В данной работе участвовало более 300 ученых. Капитал проекта составил около 53 миллионов долларов.
