Los investigadores informan hoy en la revista Science que han secuenciado el genoma bovino, revelando por primera vez las características genéticas que distinguen al ganado de los humanos y otros mamíferos.
El esfuerzo de seis años involucró a un consorcio internacional de investigadores y es la primera secuencia completa del genoma de cualquier especie de rumiante. Los rumiantes se distinguen porque tienen un estómago de cuatro cámaras que, con la ayuda de una multitud de microbios residentes, les permite digerir forraje de baja calidad como el pasto.
El genoma bovino consta de al menos 22,000 genes que codifican proteínas y es más similar al de los humanos que a los genomas de ratones o ratas, informan los investigadores. Sin embargo, el genoma del ganado parece haberse reorganizado significativamente ya que su linaje se separó de los de otros mamíferos, dijo el profesor de ciencias animales de la Universidad de Illinois Harris Lewin, cuyo laboratorio creó el mapa físico de alta resolución de los cromosomas bovinos que se utilizó para alinear el secuencia. Lewin, quien dirige el Instituto de Biología Genómica, también dirigió dos equipos de investigadores en el proyecto de secuenciación y es autor de un artículo en Perspectiva en Ciencia sobre la secuencia del genoma bovino y un estudio complementario del Consorcio de Genoma y Análisis Bovino.
«Entre los mamíferos, el ganado tiene uno de los genomas más reorganizados», dijo Lewin. «Parecen tener más translocaciones e inversiones (de fragmentos de cromosomas) que otros mamíferos, como gatos e incluso cerdos, que están estrechamente relacionados con el ganado.
«El humano es en realidad un genoma muy conservado en comparación con el genoma ancestral de todos los mamíferos placentarios, cuando se observa su organización general».
La secuencia de los 29 pares de cromosomas de la vaca y su cromosoma X ( no se estudió el cromosoma Y ) también proporciona nuevos conocimientos sobre la evolución bovina y los rasgos únicos que hacen que el ganado sea útil para los humanos, dijo Lewin.
Por ejemplo, el profesor de investigación de ciencias animales de Illinois, Denis Larkin, realizó un análisis de las regiones cromosómicas que son propensas a romperse cuando una célula replica su genoma en preparación para la creación de espermatozoides y óvulos. Mostró que en el genoma del ganado estas regiones de punto de ruptura son ricas en secuencias repetitivas y duplicaciones segmentarias e incluyen variaciones específicas de la especie en los genes asociados con la lactancia y la respuesta inmune.
Un estudio previo del laboratorio de Lewin publicado este mes en Genome Research mostró que las regiones de punto de ruptura de los cromosomas de muchas especies son ricas en genes duplicados y que las funciones de los genes que se encuentran en estas regiones difieren significativamente de las que se encuentran en otras partes de los cromosomas.
Estas repeticiones y duplicaciones segmentarias ocurren por medio de muchos mecanismos diferentes, uno de los cuales involucra inserciones esporádicas y repetidas de fragmentos cortos de material genético, llamados retroposones, en el genoma.
«El genoma de la vaca tiene muchos tipos de repeticiones que se acumulan con el tiempo», dijo Lewin. «Y una de las cosas que descubrimos es que los nuevos están llegando a donde están los viejos en las regiones de punto de ruptura y separándolos. Esa es la primera vez que se ve eso».
«Las repeticiones hacen muchas cosas», dijo. «Pueden cambiar la regulación de los genes. Pueden hacer que los cromosomas sean inestables y que sean más propensos a recombinarse con otras piezas de cromosomas de manera inapropiada».
Lewin llama a las regiones de punto de ruptura «puntos críticos de evolución en el genoma».
Otro análisis dirigido por Lewin, un estudio de genes metabólicos realizado por Seongwon Seo, un becario postdoctoral en el laboratorio de Lewin y ahora profesor de la Universidad Nacional de Chungnam en Corea del Sur, encontró que faltan cinco de los 1.032 genes dedicados a las funciones metabólicas en humanos el genoma del ganado o han divergido radicalmente. Esto sugiere que el ganado tiene algunas vías metabólicas únicas, dijo Lewin.
Estas diferencias en el metabolismo, junto con los cambios en los genes dedicados a la reproducción, la lactancia y la inmunidad son una gran parte de «lo que hace que una vaca sea una vaca», dijo Lewin.
Por ejemplo, uno de los genes modificados , la histatherina, produce una proteína en la leche de vaca que tiene propiedades antimicrobianas. Los investigadores también encontraron múltiples copias de un gen para una proteína importante de la leche, la caseína, en una región de punto de ruptura de uno de los cromosomas.
“Tener la secuencia del genoma ahora es la ventana para comprender cómo ocurrieron estos cambios, cómo los rumiantes terminaron con un estómago de cuatro cámaras en lugar de uno, cómo funciona el sistema inmunitario de la vaca y cómo puede secretar grandes cantidades de proteínas en su leche «, Dijo Lewin.
Fuente: Universidad de Illinois en Urbana-Champaign
