Los genes reguladores (genes que controlan cómo se utilizan otros genes) son responsables del 69% de la heredabilidad de los rasgos del ganado lechero, como la producción de leche y la fertilidad, según un estudio publicado el 23 de agosto en la revista Cell Genomics .
por Cellpress
Esta contribución es un 44% más de lo esperado y mucho mayor que la de estudios anteriores sobre genes reguladores en humanos. Los hallazgos, informados por un equipo de genetistas animales y humanos, podrían mejorar la eficiencia de los programas de mejoramiento agrícola. El estudio también ayuda a resolver el antiguo misterio de por qué los genomas de los mamíferos contienen tanto ADN no codificante.
«Sospechamos que nuestro gran tamaño de muestra es una de las principales razones por las que vemos que las mutaciones que afectan la expresión genética y el empalme del ARN desempeñan un papel importante en la configuración de los rasgos», dice el científico computacional y primer autor Ruidong Xiang de la Universidad de Melbourne, Agricultura. Victoria y el Instituto Baker del Corazón y la Diabetes. «La ciencia biomédica ha invertido mucho en la genómica humana, por lo que creo que es bueno mostrar que también se están realizando trabajos similares y valiosos en otras especies».
La mayor parte de nuestro genoma está formado por ADN «no codificante» que no codifica proteínas, pero la función exacta de estas regiones no codificantes sigue siendo un misterio. Debido a que muchos genes en estas regiones no codificantes están asociados con rasgos específicos como el tamaño del cuerpo o el color del cabello , los científicos han sospechado durante mucho tiempo que estos genes contribuyen a las características físicas o «fenotipo» de un individuo al regular cómo se usan otros genes.
Sin embargo, hasta ahora, ha habido evidencia limitada que respalde un papel importante de los genes reguladores en la determinación de los rasgos. Por ejemplo, un estudio reciente en humanos estimó que sólo el 11% de la heredabilidad de los rasgos es atribuible a genes reguladores que alteran la expresión genética.
«Esto crea una paradoja llamada ‘falta de regulación'», dice Xiang. «Decidimos analizar este problema para ver cuánta variación en los rasgos del ganado puede explicarse por mutaciones que cambian la expresión genética o el empalme del ARN».
Para hacer esto, el equipo utilizó por primera vez el atlas Cattle Genotype-Tissue Expression (CattleGTEx) para construir un modelo de genes reguladores que incluye tanto la expresión genética como los genes de empalme de ARN. Luego, utilizaron su modelo para cuantificar cómo las mutaciones en estos genes reguladores afectaban la heredabilidad de los rasgos en un conjunto de datos separado compuesto por más de 120.000 genomas de ganado lechero. En total, examinaron 37 rasgos relacionados con la producción de leche, mastitis, fertilidad, temperamento y tamaño corporal .
Los investigadores encontraron que los genes reguladores eran responsables del 69% de la heredabilidad de los rasgos, como promedio en 37 rasgos analizados. «Nos sorprendió, pero realizamos varias pruebas de validación y los resultados fueron consistentes, por lo que empezamos a convencernos de que esta es la respuesta, al menos en el ganado», dice Xiang.
A diferencia de la mayoría de los estudios anteriores que solo examinaron variantes de expresión genética, este estudio examinó simultáneamente tanto la expresión genética como los genes de empalme de ARN. También examinaron las variantes ‘cis’ y ‘trans’, mutaciones que se encuentran cerca o lejos, respectivamente, de la región codificante a la que impactan. La mayoría de los otros estudios se han centrado sólo en los efectos de las mutaciones ‘cis’ cercanas, pero los investigadores dicen que incluir mutaciones ‘trans’ en el análisis proporcionó otro impulso al poder de su análisis que probablemente contribuyó al sorprendente resultado de este estudio.
«Los efectos trans aún no se han estudiado bien, pero demostramos que estos genes reguladores distantes también desempeñan un papel importante en la configuración de los rasgos de los mamíferos; parece ser menos importante que los efectos cis, pero es importante», dice Xiang.
Estos hallazgos podrían ser de gran ayuda para los agricultores que buscan criar selectivamente ciertas características del ganado. «Al mapear variantes genéticas relacionadas con la expresión genética y el empalme de ARN, podemos mapear la mayoría de la heredabilidad de los rasgos», dice Xiang. «Por lo tanto, el conocimiento básico de los mecanismos detrás de las mutaciones se puede utilizar para mejorar aplicaciones como la mejora en la agricultura».
Más allá de la agricultura, este estudio ayuda al proporcionar un sistema modelo para futuros estudios en humanos y otros animales. «El siguiente paso es utilizar esta información para intentar generar mejores modelos predictivos para diferentes rasgos», dice Xiang. «Nuestros métodos también podrían utilizarse como modelo para otras especies».
Más información: Ruidong Xiang, La expresión genética y el empalme de ARN explican grandes proporciones de la heredabilidad de rasgos complejos en el ganado, Cell Genomics (2023). DOI: 10.1016/j.xgen.2023.100385 . www.cell.com/cell-genomics/ful… 2666-979X(23)00182-9
