Что новый пангеном раскрывает о генах крупного рогатого скота

Исследователи из ETH Zurich, сравнив референсные геномы нескольких пород домашнего скота и близкородственных диких видов, обнаружили гены с ранее неизвестными функциями.

Современные генетические исследования часто используют референсные геномы — собранные из данных ДНК-последовательностей, представляющие генетический состав вида. Обычно их создают на основе одного или нескольких особей, что плохо отражает полное геномное разнообразие популяции. До недавнего времени для домашнего скота (Bos taurus) был доступен лишь один референсный геном — от коровы герефордской породы по кличке Доминетт. Он не содержал генетических вариантов, которыми особи отличаются друг от друга.

Восполнение пробела

Исследовательская группа под руководством Хьюберта Поуша, доцента геномики животных ETH Zurich, заполнила этот пробел. На основе геномов трёх дополнительных пород домашнего скота (включая оригинальную швейцарскую бурую), двух близкородственных (под)видов (зебу и яка) и существующего референсного генома они создали «пангеном». Исследование опубликовано в журнале PNAS.

Этот пангеном крупного рогатого скота интегрирует последовательности из шести индивидуальных референсных геномов. Это позволяет точно определить, какие последовательности отсутствуют, например, в геноме на основе герефорда, но присутствуют в геноме швейцарской бурой породы или других пород и видов.

Обнаружены новые гены и функции

Таким образом, исследователи обнаружили множество последовательностей ДНК и даже целых генов, отсутствовавших в предыдущем референсном геноме. Изучив транскрипты этих генов (молекулы mRNA), они классифицировали некоторые из новых последовательностей как функционально и биологически значимые. Многие из обнаруженных генов связаны с иммунными функциями: у животных, контактировавших с патогенными бактериями, активность этих генов была выше или ниже, чем у животных без такого контакта.

Проект стал возможен благодаря новой технологии секвенирования, доступной в Functional Genomics Center Zurich. Она позволяет точно считывать длинные участки ДНК, упрощая процесс сборки генома. «Теперь мы можем быстро и точно создавать референсные геномы с нуля», — говорит Поуш.

Возможности для целенаправленной селекции

Исследователи ETH тесно сотрудничают с Bovine Pangenome Consortium, который стремится создать референсный геном как минимум одного животного от каждой породы скота в мире, а также проанализировать генетический состав диких родственников домашнего скота.

Сравнение местных пород с зебу или породами, адаптированными к другим климатическим условиям, позволяет выявить генетические варианты, обеспечивающие, например, термоустойчивость. В перспективе это может позволить целенаправленно вводить эти варианты в другие породы с помощью скрещивания или геномного редактирования. Пока же новый пангеном значительно ускоряет и повышает точность обнаружения генов и вариантов ДНК, различающихся между породами скота.