От овец и крупного рогатого скота до жирафов: исследование генома показывает эволюцию жвачных животных

Команда 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 овцы, козы, крупный рогатый скот и их дикие родственники, процветают во многих экосистемах по всему миру. Их размер варьируется от крошечного мышиного оленя из Малайзии до огромного африканского жирафа.

В новом исследовании, опубликованном сегодня (21 июня) в журнале Science под руководством Вэнь Вана и Гоцзе Чжана из Института зоологии Куньмина и Расмуса Хеллера из Копенгагенского университета, Дания, участвовал профессор Харрис Левин из факультета эволюции и экологии Калифорнийского университета в Дэвисе. и Геномный центр.

Жвачные животные составляют важную часть сельскохозяйственных систем США и мира. Только в США на фермах и ранчо содержится около 95 миллионов голов крупного рогатого скота, а также около 5,2 миллиона овец и 2 миллиона коз.

«Поскольку экосистемы по всему миру начинают проявлять влияние изменения климата, знание того, что представляют собой гены и их варианты, может помочь в усилиях по сохранению находящихся под угрозой исчезновения видов жвачных животных. Оно также может предоставить ресурсы, которые помогут смягчить последствия изменения климата для сельского хозяйства. товары, такие как племенной скот, должны быть более адаптированы к более теплому и сухому климату», — сказал Левин.

Команда создала более 40 триллионов пар оснований необработанных последовательностей ДНК и собрала их в геномы 44 видов. На основе этих данных они смогли создать новое генеалогическое древо жвачных животных, поместив самых крупных (жирафов) и самых маленьких (малых мышей-оленей) на некоторые из самых ранних ветвей после того, как жвачные животные появились как группа 32–39 миллионов лет назад.

«Данные, полученные в этом исследовании, представляют собой основополагающую 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 эукариот планеты — около 1,5. миллионов известных видов, включая все растения, животных, простейших и грибы. «Это огромный ресурс не только для понимания того, как эволюция сформировала жвачных животных, но и для понимания основы как желательных, так и нежелательных черт, таких как наследственные заболевания».

У всех жвачных животных есть специализированный многокамерный желудок, который позволяет им ферментировать съеденные ими растения с помощью микробов и поднимать материал для дальнейшего пережевывания, способствуя пищеварению. Эта узкоспециализированная пищеварительная система позволяет жвачным животным максимально использовать рацион с высоким содержанием неперевариваемой целлюлозы.

Исследование показало, что среди 295 недавно появившихся генов, выявленных у жвачных животных, многие были связаны с пищеварительной системой, например, со структурой и функцией отдельных отделов желудка — рубца, книжки и сычуга.

Команда также идентифицировала ряд генов, связанных с рогами и рогами. У жвачных животных обычно есть рога или рога, которые могут играть роль в защите или брачном поведении.

Исследователи также смогли определить эволюционные изменения на видовом уровне. Как самое высокое наземное животное, жирафы имеют особый 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 половины видов в период от 100 000 до 50 000 лет назад — примерно в то время, когда современные люди покинули Африку и распространились по всему миру.

Исследователи создали Базу данных генома жвачных — публичную коллекцию геномных и транскриптомных данных, представленных в их исследовании.

Работу поддерживал 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.