Геном овцы: исследование показывает, как овцы отделились от коз
Учёные расшифровали генетический код овцы, чтобы понять, как она стала отдельным видом от коз около четырёх миллионов лет назад. Это первое исследование, которое точно определяет генетические различия, делающие овец отличными от других животных. Результаты могут помочь в разработке ДНК-тестов для ускорения программ селекционного разведения, что позволит фермерам улучшить поголовье.
Новое исследование, проведённое учёными из Института зоологии Куньмина Китайской академии наук, BGI и других институтов, представляет высококачественный геном овцы и раскрывает геномные и транскриптомные события, которые могут быть связаны с эволюцией рубца и метаболизмом липидов, важными как для питания, так и для шерсти. Работа была опубликована онлайн в журнале Science.
Овцы — жвачные животные со сложным 4-камерным "желудком". Самая большая камера — рубец, который, как считается, эволюционировал около 35–40 миллионов лет назад и способен превращать богатые лигноцеллюлозой растительные материалы в животный белок. Шерсть — наиболее экономически важная особенность овцы, при этом её синтез предположительно связан с метаболизмом жирных кислот. Данные генома, полученные в этом исследовании, позволят лучше понять все эти необычные эволюционные черты овец.
В этом исследовании учёные собрали референсный геном овцы от двух особей породы тексель и провели RNA-Seq на 94 образцах тканей (из 40 типов тканей), включая 83 образца от четырёх дополнительных особей тексель. Сборка генома овцы составляет около 2.61 Гб, причём ~99% закреплено на 26 аутосомах и X-хромосоме. Они обнаружили множество сегментных дупликаций в геноме овцы, сравнили последовательности белков овцы, козы, крупного рогатого скота, яка, свиньи, верблюда, лошади, собаки, мыши, опоссума и человека и идентифицировали 4850 однокопийных ортологичных генов, на основе которых построили филогенетическое дерево.
Гены, кодирующие белки, участвующие в развитии кератинизированной эпидермальной структуры, имеют отношение к формированию рубца, кожи и шерсти. Согласно исследованию, учёные обозначили ранее не аннотированный ген как Trichohyalin-like 2 (TCHHL2) и предположили, что он специфичен для млекопитающих. Роль TCHHL2 у овец может заключаться в сшивании кератинов на поверхности рубца. Кроме того, гены семейства PRD-SPRRII, по-видимому, являются специфичными для жвачных, что может быть результатом амплификации и дивергенции последовательности гена SPRR2. Функция белков семейства PRD-SPRRII могла измениться в ходе эволюции рубца и теперь связана с ороговением богатой кератином поверхности рубца.
Изучая развитие шерсти овцы, исследователи обнаружили ранее не распознанный ген, представляющий подсемейство генов late cornified envelope (LCE), и назвали его LCE7A. LCE7A экспрессируется в коже овцы, крупного рогатого скота и козы, но не в рубце, и находится под положительным отбором у овец. Учёные предположили, что экспансия LCE7A связана с формированием шерсти.
Кроме того, исследователи предположили, что путь MOGAT в коже овцы может способствовать производству шерсти. Они обнаружили, что два гена — MOGAT2 и MOGAT3 — подверглись тандемной экспансии и экспрессируются в коже овцы, но не в печени. Однако у людей MOGAT3 — важный ген, кодирующий фермент печени. Учёные предположили, что потеря MOGAT2 и MOGAT3 в печени может снижать важность печени в метаболизме длинноцепочечных жирных кислот у жвачных по сравнению с нежвачными.
Мин Се, руководитель проекта из BGI, сказал: "Овца — важный домашний скот, имеющий большое экономическое значение для обеспечения людей мясом, молоком и тонкой шерстью. Наличие генома овцы даёт нам возможность исследовать генетическую основу эволюции рубца и метаболизма липидов в коже овцы. На основе геномных данных этого исследования можно будет провести всё больше исследований, связанных с овцами, чтобы расширить наши знания об этом домашнем скоте. Это также способствует селекции с помощью маркеров для получения высококачественных признаков, таких как шерсть, мясо, молоко и другие".