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Lo que revela el nuevo pangenoma sobre los genes bovinos

Lo que revela el nuevo pangenoma sobre los genes bovinos
Los datos del genoma del Brown Swiss original se incorporaron al primer pangenoma del ganado doméstico. Crédito: Colourbox

Cuando los investigadores de ETH Zurich compararon los genomas de referencia entre varias razas de ganado doméstico y ganado salvaje estrechamente relacionado, descubrieron genes con funciones previamente desconocidas.


por Peter Rüegg, ETH Zurich


La investigación genética moderna a menudo trabaja con lo que se conoce como genomas de referencia. Dicho genoma comprende datos de secuencias de ADN que los científicos han reunido como ejemplo representativo de la composición genética de una especie.

Para crear el genoma de referencia, los investigadores generalmente usan secuencias de ADN de un solo individuo o de unos pocos, que pueden representar pobremente la diversidad genómica completa de individuos o subpoblaciones. El resultado es que una referencia no siempre se corresponde exactamente con el conjunto de genes de un individuo específico.

Hasta hace unos años, era muy laborioso, caro y lento generar tales genomas de referencia. Por esta razón, los investigadores se concentraron en los genomas humanos y los organismos modelo biológicos más importantes, como el gusano redondo C. elegans.

Sin embargo, como los investigadores ahora tienen acceso a máquinas de secuenciación rápida, algoritmos sofisticados que ensamblan lecturas de secuencias de ADN en cromosomas completos y una potencia de cálculo mucho mayor, la creación de genomas de referencia para otras especies se ha vuelto cada vez más práctica. Si los investigadores quieren comprender mejor la evolución y otras cuestiones fundamentales de la biología, necesitan genomas de referencia de alta calidad para tantas especies como sea posible.

Esto incluye ganado. Para el ganado doméstico (Bos taurus), hasta hace poco solo estaba disponible un genoma de referencia: de una vaca Hereford llamada Dominette. Los investigadores habían comparado previamente otras secuencias de ADN de ganado con esta referencia para detectar variaciones genéticas y definir los genotipos correspondientes. Sin embargo, como no contenía variantes genéticas por las que los individuos se diferenciaran, la referencia anterior no reflejaba la diversidad de la especie.

Vacío lleno

Un equipo de investigación dirigido por Hubert Pausch, profesor asistente de genómica animal en ETH Zurich, ha llenado este vacío: con los genomas de otras tres razas de ganado doméstico, incluido el Brown Swiss (Original Schweizer Braunvieh), dos estrechamente relacionados (sub- ) especies como el cebú y el yak, y el genoma de referencia existente para el ganado doméstico, los investigadores han creado un «pangenoma». El estudio que detalla estos hallazgos se acaba de publicar en la revista científica PNAS .

Este pangenoma bovino integra secuencias contenidas en los seis genomas de referencia individuales. «Esto significa que podemos revelar con mucha precisión qué secuencias faltan, por ejemplo, en el genoma de referencia basado en Hereford, pero están presentes, digamos, en nuestro genoma de Brown Swiss o en los genomas de otras razas y especies de ganado», dice Pausch.

Lo que revela el nuevo pangenoma sobre los genes bovinos
Árbol genealógico del ganado doméstico: así se relacionan entre sí diferentes razas y especies de ganado. Los genomas de las respectivas razas y (sub) especies (Yak y Brahman) fluyeron hacia el pangenoma. Crédito: Gráfico: ETH Zurich / Colourbox

Descubiertos nuevos genes y funcionalidades

De esta manera, los investigadores de ETH descubrieron numerosas secuencias de ADN e incluso genes completos que faltaban en el genoma de referencia anterior de la vaca Hereford. En un paso más, los investigadores investigaron las transcripciones de estos genes (moléculas de ARN mensajero), lo que les permitió clasificar algunas de las secuencias recién descubiertas como funcional y biológicamente relevantes. Muchos de los genes que descubrieron están relacionados con funciones inmunes: en los animales que tuvieron contacto con bacterias patógenas, estos genes eran más fuertes o menos activos que en los animales que no tuvieron contacto con los patógenos.

Este proyecto fue posible gracias a una nueva tecnología de secuenciación que ha estado disponible en el Centro de Genómica Funcional de Zúrich desde hace un año. Con esta nueva tecnología, los investigadores pueden leer con precisión secciones largas de ADN, lo que reduce la complejidad del proceso informático necesario para ensamblar correctamente las secciones analizadas. «La nueva tecnología simplifica el proceso de ensamblaje del genoma. Ahora podemos crear genomas de referencia de forma rápida y precisa desde cero», dice Pausch. Además, dichos análisis también cuestan menos, lo que significa que los investigadores ahora pueden generar genomas con calidad de referencia a partir de muchos individuos de una especie.

Los investigadores de ETH están colaborando estrechamente con Bovine Pangenome Consortium, que quiere crear un genoma de referencia de al menos un animal de cada raza de ganado en todo el mundo. También planea analizar la composición genética de los parientes silvestres del ganado doméstico de esta manera.

Posibilidad de reproducción más selectiva

El consorcio y el profesor de ETH Pausch esperan que la colección de genomas de referencia les ayude a realizar descubrimientos útiles, como variantes genéticas que ya no están presentes en los animales domésticos, pero que sus parientes silvestres aún poseen. Esto proporcionaría pistas sobre qué características genéticas se perdieron como resultado de la domesticación.

«Las cosas se ponen realmente emocionantes cuando comparamos nuestro ganado indígena con el cebú o con razas que se adaptan a otras condiciones climáticas», explica Pausch. Esto permite a los investigadores descubrir qué variantes genéticas hacen que los animales en ambientes tropicales sean más tolerantes al calor. El siguiente paso podría ser utilizar deliberadamente el cruzamiento para introducir estas variantes en otras razas de ganado o introducirlas con precisión mediante la edición del genoma . Sin embargo, todavía queda un largo camino por recorrer. Por el momento, los investigadores pueden beneficiarse de la mayor velocidad y precisión que aporta el nuevo pangenoma bovino al proceso de detección de genes y variantes de ADN que difieren entre bovinos. razas.



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