Это открытие может помочь биологам лучше понять, как эволюционировал крупный рогатый скот и другие млекопитающие, а также помочь животноводам и фермерам лучше поддерживать и повышать фертильность в животноводческой отрасли, сказал Ваншэн Лю, доцент кафедры геномики животных Пенсильванского университета.«Низкая фертильность — большая проблема для молочной и мясной промышленности», — сказал Лю. «В последние 60 лет мы уделяли больше внимания молоку или производству говядины как признаку успеха стада, но, несмотря на рост производства молока, фертильность животных снижается, а это значит, что пора уделять больше внимания мужской фертильности.
Теперь."Исследователи идентифицировали 1274 гена в специфической для мужчин области Y-хромосомы крупного рогатого скота по сравнению с 31–78 генами, связанными с Y-хромосомами различных приматов. Они также сказали, что гены в Y-хромосоме крупного рогатого скота были намного более транскрипционно активными по сравнению с другими млекопитающими. Транскрипция — это первый этап экспрессии гена при копировании ДНК.
В этом процессе клетка производит информационную РНК, которая копирует генетическую информацию из ядра клетки, чтобы служить в качестве матрицы для синтеза белка.Помимо 1274 генов, которые участвуют в кодировании белков, они также идентифицировали 375 новых семейств некодирующих генов на Y-хромосоме крупного рогатого скота, которые преимущественно экспрессируются на разных стадиях яичка.По словам Лю, большинство исследователей полагали, что Y-хромосома крупного рогатого скота будет похожа на Y-хромосому других млекопитающих, которая не имеет большого количества генов и считается в основном транскрипционно неактивной.
Он добавил, что Y-хромосома, которая когда-то была похожа на X-хромосому, развивалась преимущественно для развития семенников и мужской фертильности.По словам Лю, в настоящее время состав генов и структура транскрипции Y-хромосомы крупного рогатого скота — это единственная Y-хромосома, не относящаяся к приматам, которую исследователи тщательно изучили.«Эти результаты прямо противоречат традиционному мнению о том, что Y в значительной степени гетерохроматичен с небольшим количеством генов и транскрипционной активности», — заявили исследователи, опубликовавшие свои результаты в текущем онлайн-выпуске Proceedings of the National Academy of Sciences.
Половые хромосомы X и Y у большинства млекопитающих начали расходиться после 160 миллионов лет эволюции. Однако, по словам Лю, генетическая изоляция и эволюция по клонам привели к уникальной структуре Y-хромосомы крупного рогатого скота, которая определяет содержание генов и транскрипционную активность Y-хромосомы у крупного рогатого скота.
Не зная о роли генов Y-хромосомы в фертильности, большинство животноводов и фермеров отбирают быков на основе физических характеристик, таких как размер семенников. Поскольку Y-хромосома присутствует только у мужчин, Y-сцепленные гены семенников, которые регулируют мужскую фертильность, передаются непосредственно по мужской линии.По словам Лю, понимание генетического разнообразия может дать фермерам еще один инструмент для управления их стадами с целью повышения мужской фертильности. Родословную большинства быков в нынешних стадах голштинской породы, например, можно проследить более чем за сто лет до всего нескольких быков, — сказал Лю, который работал с Ти-Ченг Чангом и Ян Яном, бывшими научными сотрудниками в докторантуре. зоотехника в Пенсильвании и покойный Эрнест Рецель из Национального центра геномных ресурсов.
Потенциальное влияние ограниченного количества быков на плодовитость и выживаемость породы не исследовалось.«Мы можем начать понимать вариацию Y-хромосомы среди мужских линий в породе крупного рогатого скота», — сказал Лю. «И, кроме того, мы можем лучше понять, как мы можем поддерживать генетическое разнообразие у мужчин, особенно в такой породе, как голштины, которая была тщательно отобрана и почти все основаны на искусственном оплодотворении при воспроизводстве».
Исследователи проанализировали экспрессию всех Y-сцепленных генов по мере взросления быка, начиная вскоре после его рождения, во время полового созревания и затем снова после того, как бык созрел. Они проанализировали комплементарную ДНК из семенников быка. Комплементарная ДНК — это форма ДНК, которая синтезируется из матрицы матричной РНК.
«Последовательность генома крупного рогатого скота была опубликована в 2009 году, — сказал Лю. «Поскольку последовательность генома принадлежит самке, результаты исследования Y-хромосомы крупного рогатого скота являются значительным вкладом в завершение проекта генома крупного рогатого скота — самцов и самок». Министерство сельского хозяйства США поддержало эту работу.
