Die Cattle Gene Map

Einführung

Höhlenmalereien in Europa und Nordafrika zeigen wilde Rinder, die Auerochsen (Bos primigenius), unter der geschätzten Beute der Steinzeitjäger. Diese majestätischen Tiere standen fast 2 M am Widerrist und hatten bis zu 1 M lange Hörner. Bullen werden normalerweise als dunkelbraun oder schwarz mit Kühen und Kälbern rotbraun dargestellt, obwohl auch weiße und gesprenkelte Tiere auf den Gemälden erscheinen ( Felius 1985 ). Die Auerochsen breiteten sich nach der Eiszeit (vor 250.000 Jahren) aus Westasien aus und sollen bis Anfang des 17.Jahrhunderts in Europa überlebt haben. Irgendwann vor ihrem Aussterben, wahrscheinlich vor 7000 bis 10.000 Jahren, wurden Auerochsen domestiziert. Mindestens 2 Domestizierungen sind zum Zeitpunkt dieses Schreibens wahrscheinlich in Rinderrassen vertreten. Bos primigenius primigenius, ein europäischer Auroch-Subtyp, der durch den Fossilienbestand belegt ist, wird angenommen, dass er der Vorfahr der heutigen buckellosen Rinderrassen ist, die die Artbezeichnung Bos taurus erhalten. Ein asiatischer Auroch-Subtyp, Bos primigenius namadicus, führte wahrscheinlich zu den heutigen buckligen Zebu-Rassen, die als Bos indicus klassifiziert sind .

Obwohl inländische Rinderrassen in 2 Arten unterteilt sind, sind sie völlig interfertil; Tatsächlich sind in diesem Jahrhundert mehrere synthetische Rassen aus Kreuzungen von Taurus- und Indicus-Rassen entstanden. Die Chromosomenzahlen sind identisch: 29 Autosomen, die alle akrozentrisch sind, und ein submetazentrisches X. Die Morphologie der Y-Chromosomen ist der einzige anerkannte strukturelle Unterschied zwischen den Karyotypen B. taurus und B. indicus. Somit, Die bisher entwickelte und in diesem Artikel diskutierte Genkarte „Vieh“ ist für 2 Arten, die viele Menschen, einschließlich mir, glauben sollte als neu klassifiziert werden 1. Rinder sind Mitglieder der Unterfamilie Bovinae, der Familie Bovidae, der Unterordnung Ruminantia und der Ordnung Artiodactyla.

Ein Standard-Karyotyp für Rinder wurde von Popescu und anderen (1996) gelöst, wobei die Gennomenklatur den Richtlinien für die humane Gennomenklatur folgt, wie sie von der International Society for Animal Genetics (ISAG) empfohlen werden. Loci ohne humane Äquivalente werden nach den Empfehlungen des Ausschusses für genetische Nomenklatur von Schafen und Ziegen ( COGNOSAG 1995 ) benannt.

Gründe für die Kartierung dieser Art

Die rasante Entwicklung von Genomkarten bei Rindern wie bei anderen Tierarten wurde von mehreren Motivationskräften vorangetrieben. Die umfangreiche Verwendung der vergleichenden Genkartierung als wichtiges Instrument zur Untersuchung der chromosomalen Evolution bei Tieren bietet genügend Grund, das Rindergenom abzubilden. Die international geförderte und hochorganisierte Humangenom-Initiative hat bereits die Standard-Säugetiergeokarte zur Verfügung gestellt, mit der letztlich alle anderen verglichen werden. Die Genomkarte der Labormaus entwickelt sich rasant weiter und wird zweifellos das erste Vergleichsmaß für die Bewertung der Chromosomenkonservierung und der genomischen Evolution von Säugetieren sein. Andere Säugetiere, einschließlich Rinder, spielen jedoch eine äußerst wichtige Rolle beim Verständnis der Wege der chromosomalen Umlagerung, die die Evolution von Säugetieren begleitet haben. Zum Zeitpunkt dieses Schreibens wurde durch vergleichende Kartierung offensichtlich, dass einige Säugetiere wie Rinder und Katzen Genome haben, die im Vergleich zum menschlichen Genom stärker konserviert sind als das am häufigsten verglichene Mausgenom. Diese höher konservierten Genome spiegeln wahrscheinlich am genauesten die chromosomale Anordnung des angestammten Säugetiers wider. Zumindest zeigen sie, dass das Gesamtbild der Chromosomenentwicklung von Säugetieren nicht vollständig durch Unterschiede in den Genomen von Menschen und Mäusen dargestellt werden kann. Eine erweiterte vergleichende Kartierung einschließlich der Genome von Rindern wird weiterhin einen wertvollen Beitrag zum Verständnis der chromosomalen Evolution von Säugetieren in einem universellen Kontext leisten.

Das Potenzial der markergestützten Selektion (MAS 1) wünschenswerter und marktfähiger Merkmale treibt die Genkartierung bei Nutztierarten voran. Genetische Marker vorteilhafter Allele für ökonomische Merkmalsloci (ETL 1), einschließlich quantitativer Merkmalsloci (QTL 1), haben das Potenzial, die Rate und Effizienz des genetischen Gewinns durch selektive Züchtung zu verbessern, ein Konzept, das lange vor den technischen Werkzeugen für seine Implementierung weiterentwickelt wurde (Smith und Simpson 1986 ; Soller und Beckmann 1982 ; Weller und andere 1990 ). Die besten Marker für den Einsatz in selektiven Zuchtprogrammen sind offensichtlich die Genvarianten, die tatsächlich für phänotypische Unterschiede in den wichtigen Merkmalen verantwortlich sind. Obwohl solche Marker immer noch selten sind, wurden einige durch gründliche Suche nach Variationen in Genen identifiziert, von denen angenommen wird, dass sie an den physiologischen Pfaden beteiligt sind, die zu dem interessierenden Phänotyp führen. Dieser sogenannte „Kandidatengen“ -Ansatz zur Markeridentifikation erfordert ein fundiertes grundlegendes Wissen über die Physiologie, die dem Merkmal zugrunde liegt, gefolgt von einem umfangreichen und normalerweise teuren Screening / Screening oder einer Variation von Kandidatengenen im Zusammenhang mit diesen Prozessen. Im Idealfall kann die Sequenzvariation in Bezug auf das Merkmal letztendlich direkt in den Markerassay integriert werden. Unglücklicherweise, physiologische Grundlagen für viele wirtschaftliche Merkmale bleiben ungelöst, und Kandidatengene sind nicht offensichtlich. Alternativ kann die Komplexität des Merkmals, selbst wenn die Physiologie verstanden wird, eine lange und umständliche Liste von Kandidatengenen darstellen. ETL und sogar QTL können jedoch durch Verknüpfungsanalyse abgebildet werden ( Andersson und andere 1994; Georges und andere 1993a , b , 1995 ; Lander und Botstein 1989 ; Paterson und andere 1989 ). Marker, die in der Nähe von ETL abgebildet sind, können verwendet werden, um die Auswahl für die ETL zu unterstützen, wenn die Rekombinationsfrequenz ausreichend klein ist und die chromosomale Phase von Marker- und ETL-Allelen bekannt ist. Die Effizienz von MAS kann durch die Identifizierung von Markern auf beiden Seiten der ETL erhöht werden, da eine Rekombination in der von 2 Markern überspannten Region nachgewiesen werden kann. Ein wichtiges frühes Ziel der Rindergenkartierung bestand daher darin, Karten von hochpolymorphen Markern zu erstellen, die in Abständen von ungefähr 20 cm (1 cm = 1% Rekombination) oder weniger über jedes Chromosom verteilt sind. Diese Marker könnten dann für Kartierungsstudien in Familien verfügbar sein, die QTL trennen, was hoffentlich zu Verknüpfungsassoziationen des QTL mit 1 oder mehr Markern führt. Unter geeigneten Züchtungsprotokollen können dann verknüpfte Marker für MAS verwendet werden.

Ein weiteres Ziel der Genkartierung ist es, Gene zu identifizieren und zu klonen, die für ETL verantwortlich sind. Aus der obigen Diskussion geht hervor, dass MAS viel effizienter ist, wenn es Variationen in den Genen verwendet, die tatsächlich für die ETL verantwortlich sind. Noch wichtiger ist, dass ein vollständiges Verständnis der möglichen Interaktion des Merkmals mit anderen physiologischen Prozessen nur möglich ist, wenn die beteiligten Gene bekannt sind. Der Begriff „reverse Genetik“ wurde im allgemeinen Sprachgebrauch durch „positionelles Klonen“ oder „kartenbasiertes Klonen“ ersetzt, um den Prozess zu beschreiben, bei dem die Anwendung von Karteninformationen verwendet wird, um ein Gen zu klonen, das für ein bestimmtes Merkmal verantwortlich ist, ohne dass Informationen über die biochemische oder molekulare Basis des Merkmals vorliegen. Obwohl die Aufgabe, Gene bei jeder Art positionell zu klonen, gewaltig ist, ist das Klonen von Genen für ETL in Nutztieren fast unerschwinglich. Tierkarten werden mit Sicherheit nie so dicht sein wie die des Menschen. Große Einsatzbibliotheken für Tierarten werden erst langsam entwickelt und verwendet. Natürlich vorkommende chromosomale Deletionen wichtiger Gene, wichtige Werkzeuge in vielen der menschlichen und Maus-Dna, wurden nicht identifiziert und in Nutztieren vermehrt. Die Aufgabe wird durch die quantitative Natur der meisten Merkmale von wirtschaftlichem Interesse bei Nutztieren und den Mangel an weltweiter Forschungsunterstützung für die Tierhaltung im Vergleich zur Humangenominitiative weiter erschwert. Alternative Strategien zum konventionellen Positionsklonen müssen geplant und entwickelt werden. Ein vorgeschlagener Ansatz ist das „vergleichende Positionsklonen von Kandidaten“, bei dem Kenntnisse über die Evolutionsgeschichte von Chromosomen und schnelle Fortschritte in den Karten von Mensch und Maus genutzt werden.

Aktueller Kartenstatus

Physikalische Kartierung

Mehr als 400 Typ-I-Loci wurden bei Rindern kartiert (Fries und andere 1993; O’Brien und andere 1993; Womack und Kata 1995) hauptsächlich durch somatische Zellgenetik ( Arruga und andere 1992; Womack und Moll 1986). Diese Synteny-Karten haben eine Grundlage für Genomkarten bei Rindern geschaffen, die die Grenzen der chromosomalen Konservierung relativ zu den kartenreichen Genomen von Mäusen und Menschen anzeigen. Die vergleichende Karte ist jedoch unvollständig und befasst sich weder mit der Erhaltung noch mit der Neuordnung der Genordnung.

Die In-situ-Hybridisierung, insbesondere mit Fluoreszenz, wurde effektiv eingesetzt, um die Reihenfolge der Typ-I-Loci zu adressieren, syntenische Gruppen bestimmten Chromosomen zuzuordnen und die schnell wachsende Verknüpfungskarte an Chromosomen zu verankern (Fries und andere 1993; Gallagher und andere 1993; Iannuzzi und andere 1993; Solinas-Toldo und andere 1993 ). Zum Zeitpunkt dieses Schreibens wurden mehr als 100 In-situ-Lokalisierungen einzigartiger Sequenzen auf Rinderchromosomen identifiziert. Alle bovinen syntenischen Gruppen sind nun durch Fluoreszenz-in-situ-Hybridisierung (FISH 1) an spezifischen Chromosomen verankert, und die Verknüpfungskarte ist physikalisch an ungefähr 100 Stellen auf allen bovinen Chromosomen verankert.

Verknüpfungskartierung

Rinderverknüpfungskarten der ersten Generation (Barendse und andere 1994; Bischof und andere, 1994) wurden in 3 kürzlich veröffentlichten Karten mit insgesamt 1250 Markern erweitert (Kappes und andere 1997), 746 (Barendse und andere 1997) und 269 ( Ma und andere 1996). Diese kombinierten Karten enthalten fast 1400 eindeutige Markierungen mit einem durchschnittlichen Abstand von 2 bis 2,5 cm. Obwohl die Mehrheit der dargestellten Marker Mikrosatelliten sind, befinden sich fast 200 innerhalb oder in der Nähe von kodierenden Sequenzen. Die geschlechtsgemittelte Gesamtgenomgröße beträgt 2990 cm (Kappes und andere 1997 ) und 3532 cm (Barendse und andere 1997) auf den 2 größeren Karten. Im Gegensatz zu den Karten von Mensch und Maus wurde bei diesen 2 Rinderkarten nur ein sehr geringer Geschlechtsunterschied in der Rekombination beobachtet. Die männerspezifische Karte von Ma and others (1996 ) umfasst 1975 cm, die zweifellos wachsen wird, wenn Markierungen hinzugefügt werden.

Vergleichende Kartierung

Ungefähr 400 Loci wurden sowohl bei Rindern als auch bei Menschen kartiert. Die meisten davon wurden auch bei Mäusen kartiert. Obwohl eine umfassende Erhaltung der Syntenie zwischen Rindern und Menschen beobachtet wurde ( Threadgill und Womack 1991; Womack und Kata 1995; Womack und Moll 1986), ist die Erhaltung der Verknüpfung (Erhaltung der Genordnung) möglicherweise nicht so weit verbreitet. Barendse und andere (1997) bauten eine ausreichende Anzahl von Typ-I-Loci in die Verknüpfungskarte ein, um das Vorhandensein zahlreicher Umlagerungen der Genordnung innerhalb konservierter Syntenien zu demonstrieren. Eine interspezifische hybride Rückkreuzung ( Riggs und andere 1997 ) wurde verwendet, um Karten der Rinderchromosomen 7 und 19 zu erzeugen, die eine ausreichende Anzahl von Genen enthielten, um diese Frage zu beantworten. Die Umlagerung der Genordnung innerhalb der konservierten Syntenie auf BTA 7 / HSA 5 wurde demonstriert (Gao und Womack 1997), wobei ein wichtiger Haltepunkt in der Segmenthomologie in der kleinen Region zwischen boviner AMH und CSF2 identifiziert wurde. Ein ähnliches Muster zeigte sich im Rinderchromosom 19 ( Yang und Womack 1997 ). HSA 17 und BTA 19 sind vollständig konservierte Syntengruppen, dennoch wurde die lineare Reihenfolge der Gene neu angeordnet. Diese Daten unterstützen die Notwendigkeit geordneter vergleichender Karten, um die Extrapolation von Kandidatengenen für Rindermerkmale aus der menschlichen Genkarte zu erleichtern.

Ein wichtiger Beitrag zur vergleichenden Genkartierung ist die heterologe Chromosomenmalerei oder die zoologische (ZOO-)Fischmalerei. Solinas-Toldo und andere (1995), Hayes (1995) und Chowdhary und andere (1996) haben Rinderchromosomen mit menschlichen chromosomenspezifischen Bibliotheken „bemalt“, um Segmente der Homologie abzugrenzen. Diese Studien definieren die Grenzen der Chromosomenkonservierung auf zytogenetischer Ebene „Mensch auf Rind“; und sie stimmen zum Zeitpunkt dieses Schreibens sehr gut mit den Ergebnissen der vergleichenden Syntenie-Kartierung überein, die die Homologie „Vieh auf Mensch“ definiert. Wie die Syntenie-Kartierung befassen sie sich nicht mit der Erhaltung der Genordnung in homologen Segmenten.

Ansätze zur Entwicklung der Karte

Synteny Mapping

„Synteny“ bedeutet einfach „am selben Strang“ oder, in genetischer Terminologie, „auf demselben Chromosom.“ Eine Syntenie-Karte ist nichts anderes als eine Liste von Genen, von denen bekannt ist, dass sie sich auf demselben Chromosom einer bestimmten Spezies befinden. „Konservierte Syntenie“ wurde von Nadeau (1989) verwendet, um die Position von 2 oder mehr homologen Genen auf demselben Chromosom in verschiedenen Arten zu beschreiben. Syntenie sollte in unserem Vergleich von Karten zwischen Arten nicht durch „konservierte Syntenie“ ersetzt werden. Die Synteny-Kartierung ist wahrscheinlich mit der vergleichenden Kartierung verbunden, da die einzigen Karten, die für den Vergleich zwischen den meisten Tierarten verfügbar sind, bisher Synteny-Karten waren.

Die somatische Zellgenetik ist immer noch die häufigste Methode zur Erstellung von Synteniekarten. Hybride somatische Zellen können so konstruiert werden, dass die Chromosomen praktisch jeder Vorläuferspezies bevorzugt verloren gehen. Jeder Hybridklon behält ein Teilgenom dieser Spezies zusammen mit dem vollständigen Genom des anderen, das normalerweise eine transformierte Nagetierzelllinie ist. Da der Chromosomenverlust mehr oder weniger zufällig ist, behält jeder Klon eine andere Teilmenge von Chromosomen als die abgebildete Spezies. Wie bei der menschlichen Genkartierung zeigt die Analyse von Genpaaren in einem Panel von Hybridzelllinien die Konkordanz oder Diskordanz ihrer Retention. Konkordanz der Retention ist ein Beweis für die Lage von 2 Genen auf den gleichen Chromosomen. Umgekehrt ist die Diskordanz der Retention ein Beweis für Asyntenie (ihre Lage auf verschiedenen Chromosomen). Genprodukte oder DNA-Sequenzen können durch Syntenie-Analyse in jeder Spezies kartiert werden, solange die Anwesenheit oder Abwesenheit des Gens oder Genprodukts der Zielspezies gegen den vollständig zurückgehaltenen genomischen Hintergrund des Nagetiers festgestellt werden kann. Enzymelektrophorese, Southern-Blotting mit einzigartigen Sequenzsonden und Polymerase-Kettenreaktionsamplifikation mit Spezies-diskriminierenden Primern waren wirksame analytische Werkzeuge für die Syntenie-Kartierung.

Die somatische Zellgenetik führt typischerweise nicht zur Zuordnung von Markern zu bestimmten chromosomalen Stellen oder sogar zu chromosomalen Subregionen. Folglich sind Gene auf einer Synteniekarte normalerweise nicht geordnet. Somatische Zellmethoden, die neu angeordnete Chromosomen verwenden, sind eine Ausnahme von dieser Verallgemeinerung und wurden sehr effektiv verwendet, um Gene in der menschlichen Karte zu ordnen.

Strahlungshybridkartierung ( Cox und andere 1990 ; Walter und andere 1994 ) ist in letzter Zeit zu einem wichtigen Werkzeug für die Erstellung hochauflösender Karten menschlicher Chromosomen geworden. Die verwendeten Techniken sind Variationen der grundlegenden somatischen Zellgenetik, bei denen die Spenderzellen bestrahlt wurden, um eine Chromosomenfragmentierung zu erreichen. Die statistische Analyse basiert auf den Prinzipien der Verknüpfungsanalyse, dh eine größere Nähe von 2 Loci führt zu einer geringeren Trennung durch zufällige chromosomale Umlagerung. Zuerst von Goss und Harris (1975) verwendet, kann die Technik mit einzelnen Chromosomenhybriden als bestrahlter Spender ( Cox und andere 1990 ) oder mit Gesamtgenombestrahlung in einer diploiden Spenderzelle ( Walter und andere 1994 ) verwendet werden. Ob bei der Kartierung eines einzelnen Chromosoms oder eines ganzen Genoms, die Technologie ist effektiv für die Erstellung zusammenhängender Karten von Säugetierchromosomen mit einer Auflösung von 500 kb. Diese Methode kann sich als der ideale Ansatz für die vergleichende Genkartierung erweisen, da sie eine geordnete Karte liefert, ohne dass Polymorphismen in Zuchtpopulationen getrennt werden müssen.

In-situ-Hybridisierung

Einzigartige DNA-Sequenzen, repetitive Elemente und ganze Genome wurden alle durch In-situ-Hybridisierung effektiv an chromosomalen Stellen lokalisiert. Diese Technik verwendet die Befestigung eines mikroskopisch nachweisbaren Markers an einer DNA-Sonde, gefolgt von einer Hybridisierung der Sonde mit denaturierter DNA eines ansonsten intakten Chromosoms. Die Spezifität der Hybridisierung wird durch die Einzigartigkeit der Sonde bestimmt. Obwohl radioaktive Sonden die frühe Anwendung dieser Technologie dominierten, Fluoreszierende Sonden werden heute im Allgemeinen verwendet. In ihrer Überprüfung von FISH stellt Trask (1991) fest, dass es die folgenden Vorteile gegenüber der Isotopenmarkierung hat: Es bietet eine überlegene räumliche Auflösung, die normalerweise die Visualisierung von weniger markierten Chromosomen erfordert; es ist schneller; und die verwendete Sonde ist im Allgemeinen stabiler. Die Empfindlichkeiten sind ähnlich und erfordern jeweils einige Kilobasenpaare ununterbrochener Sequenz als Hybridisierungssonde. Es wurden Schemata entwickelt, die die Verwendung mehrerer Sonden mit unterschiedlichen Farbsignalen auf denselben Chromosomen ermöglichen. Eine solche Verwendung ist besonders wichtig für die Genkartierung, da sie die Möglichkeit bietet, Loci innerhalb der Auflösungsgrenzen von ungefähr 100 kb zu ordnen.

Cosmide oder Klonierungsvektoren, die große DNA-Sequenzen (bis zu 45 kb) aufnehmen, wurden effektiv als Sonden für FISCHE verwendet. Da diese großen Inserts häufig repetitive DNA enthalten, muss die Ziel-DNA zunächst mit unmarkierter genomischer Gesamt-DNA prehybridisiert werden. Diese Methode wurde effektiv verwendet, um Verknüpfungskarten an Chromosomen zu verankern, indem Kosmide hybridisiert wurden, die hochpolymorphe Marker enthalten, die bei der Verknüpfungskartierung verwendet werden.

Die oben beschriebenen Technologien führen zu physikalischen Karten, die die physikalischen Beziehungen von Loci zu den Chromosomen darstellen, auf denen sie sich befinden. Physikalische Karten mit höherer Auflösung mit definierten Markern in zusammenhängenden Klonen (Contig-Karten) sind bei Rindern in Vorbereitung, werden jedoch höchstwahrscheinlich kleine genomische Regionen von besonderem Interesse und nicht ganze Chromosomen umfassen, wie in der Human Genome Initiative angestrebt und Voraussetzung für die Sequenzierung des gesamten Genoms.

Verknüpfungskartierung

Verknüpfungskarten sind eher meiotisch als physikalisch definiert, wobei eine Karteneinheit 1% Rekombination darstellt. Da die Verknüpfung nur in gametischen Produkten messbar ist, erfordert die Verknüpfungskartierung den Nachweis von mütterlichen und väterlichen Allelen in Gameten, die von heterozygoten Individuen produziert werden. Die Karte von Barendse und anderen (1997) ergab / ‚rom-Marker-Typisierung bei 328 Rindernachkommen aus 15 Voll-Sib-Familien mit einer Größe von 3 bis 36. Die Familien bestehen aus Kreuzungen verschiedener Rassen und bilden das International Bovine Reference Family Panel (IBRP). Die Karte von Kappes and others (1997) wurde aus 180 Nachkommen der Referenzpopulation des Meat Animal Research Center (MARC) ( Bishop and others, 1994) erstellt, und die Karte von Ma and others (1996) stammt aus 9 väterlichen Half-Sib-Familien, die als Illinois Reference / Resource Families (IRRF) bekannt sind und 459 Nachkommen umfassen.

Marker für Kartierungszwecke wurden von O’Brien (1992) als Typ I oder II kategorisiert. Typ-I-Marker, bei denen es sich um exprimierte Sequenzen (Gene) handelt, die normalerweise von 1 Säugetierart zur anderen konserviert werden, werden für die Verwendung bei der vergleichenden Genkartierung bevorzugt. Leider sind sie in der Regel nicht sehr polymorph und daher schwer in Verknüpfungskarten zu integrieren. Typ-II-Marker sind hochpolymorphe anonyme Sequenzen, die häufiger für die Verknüpfungskartierung verwendet werden. Die Marker der Wahl für die Rinderverknüpfungskartierung waren Mikrosatelliten, die die oben diskutierten Verknüpfungskarten dominieren.

Wissenschaftliche Beiträge Der Karte

Eine wachsende Zahl von Merkmalen von wirtschaftlicher Bedeutung werden auf der Rindergenomkarte platziert. Bovine Leukozyten-Adhäsionsmangel (LAD 1) (Shuster und andere 1992; Threadgill und Womack 1991) und Uridinmonophosphatsynthetase-Mangel (U) wurden auf spezifische Stellen auf Chromosom 1 abgebildet ( Ryan und andere 1994; Schwenger und andere 1993 ). Es wurde gezeigt, dass BoLA mit einer Anfälligkeit für Leukämievirusinfektionen assoziiert ist ( Lewin und andere 1988 ). Georges und andere (1993a ) haben eine Verknüpfung des Polled Locus mit Mikrosatelliten auf Chromosom 1 gefunden. Die Weaver-Krankheit bildet Marker auf Chromosom 4 ab ( Georges und andere 1993b ) und hat das zusätzliche Interesse, mit einem quantitativen Merkmal für eine verbesserte Milchproduktion in Verbindung gebracht zu werden. Die Variation um das Prolaktingen auf Chromosom 23 ( Cowan und andere 1990 ) hängt mit der Milchproduktion in einigen holsteinischen Vaterfamilien zusammen, und Georges und andere (1995 ) haben kartierte Mikrosatelliten verwendet, um zusätzliche 5 QTL für die Milchproduktion zu lokalisieren. Die Anzahl der ETL auf der Rindergenomkarte nimmt rapide zu, und mindestens 1 Vollständige Erfolgsgeschichte ist entstanden. Das Merkmal der Muskelhypertrophie (doppelte Bemuskelung) wurde auf Mikrosatellitenmarker auf Chromosom 2 abgebildet ( Charlier und andere 1995 ). Das vergleichende Positionsklonen von Kandidaten schlug Myostatin als Kandidatengen für Grobet und andere (1997) vor, die eine 11-bp-Deletion identifizierten, die für das Merkmal bei belgischen blauen Rindern verantwortlich war.

Ein hervorragendes Beispiel für eine erfolgreiche Kandidatensuche ist die von Shuster und anderen (1992 ), die den für LAD verantwortlichen genetischen Defekt bei Holsteinrindern als Missense-Mutation identifizierten, die die Aminosäure 128 in CDI8 kodiert. Es wurde dann möglich, die mutierten und normalen Allele durch die Polymerase-Kettenreaktion zu unterscheiden, wodurch der ideale genetische Marker für diesen wirtschaftlichen Merkmalslocus bereitgestellt wurde.

Erwartete zukünftige Beiträge der Karte

Die große Anzahl kartierter Marker, die zum Zeitpunkt dieses Schreibens bei Rindern vorhanden sind, bietet eine umfassende Genomabdeckung für die Kartierung von ETL in Familien, die die Merkmale trennen. Leider erfordert jede ETL normalerweise eine eindeutige Trennfamilie, die im Allgemeinen eine teure Entwicklung und Wartung erfordert. Nichtsdestotrotz sind die Ressourcenfamilien integraler Bestandteil und notwendig für die endgültige Anwendung der Genkarte zur wirtschaftlichen Verbesserung. Der Kartierung von ETL auf Regionen eines Chromosoms zwischen 10 und 20 cm wird wahrscheinlich eine hochauflösende Kartierung folgen, um letztendlich die verantwortlichen Gene zu identifizieren und zu klonen. Chromosomenspezifische Bibliotheken werden entwickelt, um diesen Prozess zu unterstützen. Tierzüchter sollten und werden sich wahrscheinlich nicht nur mit einer Annäherung an den ETL-Markierungsabstand (z. B. 10 cm) zufrieden geben.

Der nächste große Schritt, das Identifizieren und Klonen von ETL, ist gewaltig. Die Verknüpfungskarten mit hoher Dichte, zahlreiche chromosomale Deletionen, und große Insert-Contigs, die stark zum positionellen Klonen menschlicher Krankheitsloci beigetragen haben, sind für das ETL-Klonen von Tieren einfach nicht verfügbar. Es ist unwahrscheinlich, dass diese Fülle von Ressourcen jemals für Rinder verfügbar sein wird. Das positionelle Klonen menschlicher Gene neigt jedoch schnell zum positionellen Kandidaten ( Collins 1995), der mehr auf die Verfügbarkeit eines Pools exprimierter Gene angewiesen ist, die auf dieselben chromosomalen Regionen wie das Krankheitsgen abgebildet sind, und weniger auf das Gehen und Springen von einem verknüpften Marker. Bei Rindern wie beim Menschen besteht der 3-stufige Prozess zur positionellen Klonierung des Gens für ein wichtiges Merkmal darin, (1) den Merkmalslocus auf eine chromosomale Subregion zu lokalisieren, (2) verfügbare Datenbanken nach vernünftigen Kandidatengenen zu durchsuchen und (3) Kandidatengene auf mit dem Phänotyp korrelierte Variation zu testen. Offensichtlich ist Schritt 2 bei Rindern unrealistisch, da zum Zeitpunkt dieses Schreibens nur 400 der ungefähr 70.000 Gene Chromosomen zugeordnet wurden. Dieser Schritt war beim Menschen bis Ende der 1990er Jahre fast ebenso unrealistisch, als mehrere internationale Initiativen auf die groß angelegte Kartierung exprimierter Sequenzmarken (ESTs 1 ) abzielten. Der Erfolg dieser Bemühungen legt nahe, dass die meisten menschlichen Transkripte wahrscheinlich in den nächsten Jahren kartiert werden ( Collins 1995 ). Somit kann der Schlüssel zum Klonen von Rinder-ETL in vergleichenden Genomdatenbanken liegen, die ein 10-cm-Rindersegment in sein menschliches Gegenstück übersetzen und dann nach menschlichen ESTs in dem Segment mit Merkmalen suchen können, die auf den Rinder-Phänotyp angewendet werden können.

Man kann die Hypothese aufstellen, dass bei etwa 20 potentiellen Kandidatengenen pro Centimorgan 200 Gene oder ESTs den gesamten Kandidatenpool ausmachen werden. Eine solche vergleichende Positionskandidatenklonierungsstrategie bietet Hoffnung für das ETL-Klonen, die mit den herkömmlichen Strategien des kartenbasierten Klonens menschlicher Krankheitsgene nicht offensichtlich ist. Diese Strategie wurde bei der Suche nach dem oben beschriebenen Doppelmuskelgen erfolgreich umgesetzt. Die systematische Nutzung menschlicher EST-Datenbanken zur Identifizierung tierischer Gene, die für ETL verantwortlich sind, erfordert jedoch Vergleichskarten mit größerer Genauigkeit als die derzeit verfügbaren. Die Identifizierung der Grenzen der konservierten Syntenie ist nicht ausreichend. Wir müssen weiterhin die internen Umlagerungen identifizieren, die die chromosomale Evolution von Säugetieren begleitet haben und zu einer Umlagerung der Genordnung innerhalb dieser Grenzen der konservierten Syntenie geführt haben. Ein vielversprechender Ansatz für geordnete Vergleichskarten ist der umfangreichere Einsatz von Strahlungshybridkarten.

Es ist auch wichtig, mit der Kartierung von Rinder-Transkripten und Kandidatengenen für Merkmale zu beginnen, die in bestimmten genomischen Regionen lokalisiert sind. Auch hier werden Panels von Strahlungshybriden für die Kartierung von Rinderests und für ihre Integration mit Mikrosatellitenmarkern aus den Verknüpfungskarten von entscheidender Bedeutung sein.

Verwendung der Karte und Zugänglichkeit

Karten des Rindergenoms haben den Rahmen einer einzigen Illustration überschritten. Diese Daten sowie bildliche Darstellungen sind jedoch auf mehreren Websites verfügbar ( Tabelle 1 ).

Die im vorstehenden Abschnitt mit dem Titel Aktueller Kartenstatus diskutierten 3D-Karten finden Sie an den Standorten CSIRO, MARC bzw. IRRF. Zusammenfassende Verknüpfungskarten werden aus den Datenbanken NAGRP, Japan und INRA generiert. Die NAGRP-Site enthält auch „Kuh auf Mensch“ – und „Mensch auf Kuh“ -Vergleichskarten mit entsprechenden Mausdaten.

Schlussfolgerung

Die Rindergenomkarte enthält eine Synteniekarte, eine Verknüpfungskarte und mindestens 1 In-situ-Hybridisierung für jedes Chromosom. Mehr als 1400 Marker sind auf mindestens 3 veröffentlichten Google Maps platziert. Diese Marker werden nun verwendet, um Karten von ETL in einem beschleunigten Tempo zu erzeugen. Die Frage, wie Gene identifiziert werden können, die für die kartierte ETL bei Rindern (und anderen Tierarten) verantwortlich sind, ist gewaltig. Ein vorgeschlagener Ansatz ist die vergleichende Positionsklonierung von Kandidaten, bei der Kandidatengene aus der humanen und der Maus-Karte aus der bovinen Vergleichskarte erhalten werden. Es hat sich gezeigt, dass die Identifizierung der konservierten Syntenie zwischen Arten für die vergleichende Positionsklonierung von Kandidaten aufgrund der reichlichen Umlagerungen der Genordnung innerhalb konservierter Syntengruppen unzureichend ist. Laufende Experimente zur weiteren Auflösung der Genordnung umfassen eine interspezifische hybride Rückkreuzung und eine hybride somatische Zellanalyse.