Геномна послідовність проливає світло на еволюцію жуйних
L1 Домінітта зі своїм телям. Перша корова герефордської породи, геном якої був секвенований. (Клікніть картинку для збільшення)
Дослідники повідомили в журналі Science, що вони секвенували бичачий геном і вперше показали генетичні особливості, які відрізняють велику рогату худобу від людей та інших ссавців.
Шестирічна робота, що включає міжнародний консорціум, і ось вона - перша повна геномна послідовність жуйної тварини. Жуйні відрізняються тим, що мають чотирикамерний шлунок з безліччю мікробів, що проживають у ньому, що дозволяє їм перетравлювати низькоякісний грубий корм, такий як трава.
«Корови мають найбільш перебудований геном серед ссавців. У них більше транслокацій та інверсій (хромосомних фрагментів), ніж у інших ссавців, таких як кішки або навіть свині, які ближчі до корів», каже Левін.
«У людей дуже консервативний геном у порівнянні з родовим геномом усіх плацентарних ссавців, якщо дивитися на принципову організацію».
Послідовність 29 пар коров'ячих хромосом плюс Х хромосоми (Y не вивчена) надає ще й нові знання в галузі еволюції, а також характеристику унікальних особливостей корів, які роблять її настільки корисною для людини.
Наприклад, професор Денис Ларкін (Denis Larkin) з Іллінойсу провів аналіз областей хромосом, які схильні до пошкоджень під час реплікації клітиною геному під час підготовки до створення статевих клітин. Він показав, що в коров'ячому геномі точки розривів є областями високих повторів та часткових дуплікацій, а також включають видоспецифічні варіації генів, асоційованих з лактацією та імунною відповіддю.
Поява цих повторів та часткових дуплікацій пояснюється різними механізмами,одним з яких є випадкові і повторювані вставки невеликих шматочків генетичного матеріалу, які називають ретротранспозонами.
"У коров'ячому геномі є багато типів повторів, які накопичуються з часом", говорить Левін. «Одна із речей, які ми знайшли, полягає в тому, що нові повтори дроблять старі в областях точок розривів, розбиваючи їх на частини. Це було помічено вперше».
«Повтори роблять багато чого. Вони можуть змінювати регулювання генів. Можуть зробити хромосому нестабільною та збільшити ймовірність її рекомбінації з іншим шматком невідповідної хромосоми», каже він.
Левін називає області точок розривів «гарячими точками еволюції геному».
Під керівництвом Левіна було проведено дослідження метаболічних генів, виконане Сьонгвон Сео (Seongwon Seo), який зараз є професором Національного університету Chungnam у Південній Кореї. Ця робота показала, що п'ять генів з 1032, що виконують метаболічні функції у людини, відсутні у корів або дуже серйозно змінені. Це передбачає наявність деяких унікальних для корів метаболічних шляхів, каже Левін.
Ця різниця в метаболізмі, разом із змінами генів відповідальних за розмноження, лактацію та імунітет становлять більшу частину того, що робить корову коровою.
Наприклад, один змінений ген, гістазерин (histatherin), виробляє білок коров'ячого молока з антимікробними властивостями. Дослідники також виявили в області точок розривів хромосом численні копії гена, що кодує важливий молочний білок казеїн.
«Розшифрована геномна послідовність дозволить зрозуміти, як відбувалися ці зміни, як у жуйних тварин утворився чотирикамерний шлунок, як функціонує імунна система корів і щодає їм можливість виробляти таку величезну кількість молока», каже Левін.
У роботі брало участь понад 300 учених. Капітал проекту становив близько 53 мільйонів доларів.