Хромосомы КРС: что достигнуто в изучении ДНК коров

Существуют два метода анализа генома крупного рогатого скота (КРС):

Обе сборки основаны на данных о последовательностях, что сгенерированы центром секвенирования генома Бейлора.

Доступность последовательности генома КРС с охватом более 95% — ресурс для селекционеров и эволюционных биологов. Кроме того, физиологов и биохимиков интересует уникальная биология жвачных животных. В частности, как низкосортные растительные кормы преобразуются в богатые энергией жир, молоко и мышцы.

Elsik с коллегами проложили путь к аннотированию (описанию) генома, чтобы придать ему смысл с точки зрения геномной структуры, генов и белков. В рамках «Сборника аннотаций крупного рогатого скота» были сделаны 4000 ручных аннотаций. Скомбинированы автоматизированные конвейеры. Ради результата даже выделили специальые команды аннотаторов.

Анализ предсказал наличие 26 835 генов. Из них 82% подтверждены на основе внешних источников данных. Это говорит о том, что геном крупного рогатого скота кодирует по меньшей мере 22 000 генов. Такая картина в целом соответствует количеству генов у всех других млекопитающих. Кроме того, было обнаружено 496 микроРНК, включая 135 новых последовательностей.

Учеными проведено сравнение нескольких последовательностей ДНК коровы и других млекопитающих. Есть базовый набор из 14 345 ортологичных генов. 1217 из них специфичны для плацентарных млекопитающих. Эти гены отсутствуют у сумчатых и однопроходных.

В итоге сравнительного картирования с геномами других млекопитающих определены 124 точки эволюции. В основном они связаны с повторяющимися последовательностями и сегментарными дублированиями.

Интересно, что гены, связанные с лактацией и иммунными реакциями, также ассоциированы с теми точками эволюции. Остается открытым вопрос: свидетельствует ли это о селективном преимуществе или просто о механизме расширения семейств генов?

Исследователями проведено сравнение кодирующих областей у человека и КРС. Цель — идентификация генов, подвергающихся сильному отбору. В результате определено 2210 генов с повышенными соотношениями dN/dS (мера селективного ограничения белков).

Семьдесят один ген имеет dN/dS >1. Среди них, что неудивительно, чрезмерно представлены гены, отвечающие за следующие процессы:

ГЧто еще более удивительно, сюда входят гены, которые кодируют белки иммунной системы. Эти гены отличают жвачных животных от других млекопитающих. Они могут отражать особые потребности жвачных животных, у которых растительная пища с микроорганизмами сохраняется в рубце до суток, прежде чем попасть в кишечник. В последнем происходит переваривание микробной и ферментированной растительной массы.

Важную роль в развитии изучения ДНК коров сыграл проект «Геном крупного рогатого скота» Национального института здравоохранения и Министерства сельского хозяйства США
Одной из задач проекта было — использовать последовательности ДНК для изучения эволюции и процесса одомашнивания КРС.

Цели ставились такие:

Использование геномной информации в генетической оценке привело к революционным изменениям в селекции молочного скота.

Геномный анализ повышает точность генетических оценок и потенциально может быстро увеличить скорость генетического улучшения многих признаков. Их использование особенно эффективно там, где имеется ограниченная информация. Пример — когда не хватает данных о молодняке (телках и бычках), а также о признаках с более низкой наследуемостью.

Секвенирование генома крупного рогатого скота в 2004 году стимулировало общемировые усилия по использованию базовой информации о генетическом кодировании для улучшения методов оценки генетической ценности коров и быков.

Для геномной селекции исследователи генома ищут маркеры или однонуклеотидные полиморфизмы (SNP).

SNP — это место в хромосоме, где последовательность ДНК может отличаться у разных особей. SNP особенно полезны, когда встречаются в гене или близко к гену, который вносит вклад в важный признак. Поскольку большинство признаков контролируется многими генами, процесс сложен.

Реального прогресса не было достигнуто до тех пор, пока не был разработан компьютерный чип для генотипирования. Он называется Illumina 50K test, и его можно использовать для идентификации более 50 000 SNP в геноме.

Примечание

В текстах наших статей описание целей, задач, дизайна, результатов иностранных и российских исследований и выводов, сделанных их авторами, является кратким пересказом в нашей интерпретации, который не следует считать исчерпывающей и точной информацией об указанных исследованиях.

Если вас интересуют точная и полная информация об этих исследованиях, следует читать источники по ссылкам, приведенным после статей, где применимо.