Группа исследователей провела детальное изучение геномов жвачных животных, что позволило по-новому взглянуть на их эволюцию и успех.
Жвачные животные, включая оленей и антилоп, а также овец, коз, крупного рогатого скота и их диких сородичей, процветают во многих экосистемах по всему миру. Они варьируются в размерах от крошечного малого мышиного оленя Малайзии до высокого африканского жирафа.
В новом исследовании, опубликованном сегодня (21 июня) в журнале Science под руководством Вэнь Вана и Гоцзе Чжана из Куньминского института зоологии и Расмуса Хеллера из Копенгагенского университета, Дания, участвовал профессор Харрис Левин из Калифорнийского университета в Дэвисе. Кафедра эволюции и экологии и Центр генома.
Жвачные животные составляют важную часть сельскохозяйственных систем США и всего мира. Только в США на фермах и ранчо содержится около 95 миллионов голов крупного рогатого скота, а также примерно 5,2 миллиона овец и 2 миллиона коз.
«По мере того, как экосистемы по всему миру начинают проявлять влияние изменения климата, знание того, что представляют собой гены и их варианты, может помочь в усилиях по сохранению угрожаемых и исчезающих видов жвачных животных. Это также может предоставить ресурсы для смягчения последствий изменения климата на сельскохозяйственные товары, такие как разведение крупного рогатого скота, чтобы они были более приспособлены к более теплому и сухому климату», - сказал Левин.
Команда создала более 40 триллионов пар оснований необработанных последовательностей ДНК и собрала их в геномы для 44 видов. Основываясь на этих данных, они смогли создать новое генеалогическое древо жвачных животных, разместив самые большие (жирафы) и самые маленькие (меньшие мышиные олени) на некоторых из самых ранних ветвей после того, как жвачные животные появились как группа 32-39 миллионов лет назад.
«Данные, полученные в этом исследовании, представляют собой фундаментальную геномную дорожную карту для этой экологически и экономически важной группы млекопитающих», - сказал Левин, который также возглавляет проект Earth BioGenome Project, глобальную попытку секвенировать генетический код всех млекопитающих. эукариоты планеты - около 1,5 миллиона известных видов, включая все растения, животные, простейшие и грибы. «Это огромный ресурс не только для понимания того, как эволюция сформировала жвачных животных, но и для понимания основ как желательных, так и нежелательных черт, таких как наследственные заболевания».
Гены уникальной пищеварительной системы
У всех жвачных есть специализированный многокамерный желудок, который позволяет им ферментировать растения, которые они едят, с помощью микробов и выводить материал для дальнейшего пережевывания, помогая пищеварению. Эта узкоспециализированная пищеварительная система позволяет жвачным животным максимально использовать пищу, богатую неперевариваемой клетчаткой.
Исследование показало, что среди 295 вновь развившихся генов, идентифицированных у жвачных животных, многие были связаны с пищеварительной системой, например, со структурой и функцией разделенного желудка - рубца, omasum и сычуга.
Команда также определила ряд генов, связанных с рогами и оленями. У жвачных обычно есть рога или оленьи рога, которые могут играть роль в защите или спаривании.
Исследователи также смогли точно определить эволюционные изменения на уровне вида. Как самое высокое наземное животное, жирафы имеют отличный рост и форму тела, которые, вероятно, являются адаптацией к их среде обитания в саванне. Исследователи обнаружили, что среди 366 генов, связанных с развитием костей, 115 генов имели мутации, специфичные для жирафов.
Геномы жвачных животных также могут содержать доказательства воздействия человека на этих животных. Когда исследователи использовали метод для определения размера популяции в прошлом, они обнаружили массовое сокращение более чем половины видов в период от 100 000 до 50 000 лет назад - примерно в то время, когда современные люди покинули Африку и распространились по миру.
Исследователи создали Базу данных генома жвачных животных, общедоступную коллекцию геномных и транскриптомных данных, представленных в их исследовании.
Работу поддержал ряд агентств и фондов в Китае, Европе и США. Часть Калифорнийского университета в Дэвисе финансировалась Министерством сельского хозяйства США и Фондом Роберта и Розабель Осборн.
Полный список спонсоров: Talents Team Construction Fund Северо-Западного политехнического университета, Программа стратегических приоритетных исследований CAS, Национальная программа поддержки первоклассных молодых специалистов, Фонд Villum, Lundbeck Fellowship, Carlsberg Foundation, National Natural Science Foundation Китая, Фонды фундаментальных исследований для центральных университетов, Фонд естественных наук Китая, Фонд естественных наук провинции Цзилинь, Центральный общественный научный институт, Фонд фундаментальных исследований, Датский национальный исследовательский фонд, Фонд Роберта и Розабель Осборн, U. Министерство сельского хозяйства США, Национальный научный фонд США, Всемирный зоопарк Сан-Диего, Фонд Джона и Беверли Стауфер