Dalle pecore e dai bovini alle giraffe, lo studio del genoma rivela l'evoluzione dei ruminanti

Un team di ricercatori ha effettuato uno studio dettagliato sui genomi dei ruminanti, fornendo nuove informazioni sulla loro evoluzione e successo.

I ruminanti, tra cui cervi e antilopi, nonché pecore, capre, bovini e i loro parenti selvatici, hanno prosperato in molti ecosistemi in tutto il mondo. Le loro dimensioni variano dal minuscolo topo-cervo della Malesia all'imponente giraffa africana.

Il nuovo studio pubblicato oggi (21 giugno) su Science e condotto da Wen Wang e Guojie Zhang presso l'Istituto di Zoologia di Kunming e Rasmus Heller presso l'Università di Copenaghen, in Danimarca, ha incluso il professor Harris Lewin del Dipartimento di Evoluzione ed Ecologia della UC Davis. e Centro Genoma.

I ruminanti costituiscono una parte importante dei sistemi agricoli statunitensi e mondiali. Si stima che le fattorie e gli allevamenti contano 95 milioni di bovini solo negli Stati Uniti, insieme a circa 5,2 milioni di pecore e 2 milioni di capre.

"Mentre gli ecosistemi di tutto il mondo iniziano a mostrare l'impatto del cambiamento climatico, sapere quali sono i geni e le loro varianti può aiutare gli sforzi di conservazione delle specie di ruminanti minacciate e in via di estinzione. Può anche fornire risorse per contribuire a mitigare gli effetti del cambiamento climatico sull'agricoltura. le materie prime, come l’allevamento del bestiame, siano più adatte ai climi più caldi e secchi", ha affermato Lewin.

Il team ha generato più di 40 trilioni di paia di basi di sequenze di DNA grezzo e le ha assemblate in genomi per 44 specie. Sulla base di questi dati sono stati in grado di creare un nuovo albero genealogico per i ruminanti, posizionando il più grande (giraffa) e il più piccolo (topo cervo minore) su alcuni dei primi rami dopo che i ruminanti emersero come gruppo da 32 a 39 milioni di anni fa.

"I dati prodotti in questo studio forniscono una tabella di marcia genomica fondamentale per questo gruppo di mammiferi ecologicamente ed economicamente importante", ha affermato Lewin, che presiede anche l'Earth BioGenome Project, uno sforzo globale per sequenziare il codice genetico di tutti gli eucarioti del pianeta - circa 1,5 milioni di specie conosciute, comprese tutte le piante, gli animali, i protozoi e i funghi. "Si tratta di una risorsa straordinaria non solo per comprendere come l'evoluzione ha modellato i ruminanti, ma anche per comprendere le basi dei tratti desiderabili e indesiderabili, come le malattie ereditarie".

Tutti i ruminanti hanno uno stomaco specializzato e multicamera che consente loro di fermentare le piante di cui si nutrono utilizzando i microbi e di produrre materiale per un'ulteriore masticazione, favorendo la digestione. Questo sistema digestivo altamente specializzato consente ai ruminanti di sfruttare al meglio una dieta ricca di cellulosa altrimenti indigeribile.

Lo studio ha dimostrato che, tra i 295 geni di nuova evoluzione identificati nei ruminanti, molti erano associati al sistema digestivo, come la struttura e la funzione dello stomaco suddiviso in compartimenti: rumine, omaso e abomaso.

Il team ha inoltre identificato una serie di geni associati alle corna e ai palchi. I ruminanti in genere hanno corna o palchi che possono svolgere un ruolo nella difesa o nel comportamento di accoppiamento.

I ricercatori sono stati anche in grado di individuare i cambiamenti evolutivi a livello di specie. Essendo l'animale terrestre più alto, le giraffe hanno una statura e una forma corporea distinte, che probabilmente sono adattamenti al loro habitat nella savana. I ricercatori hanno scoperto che tra i 366 geni legati allo sviluppo osseo, 115 geni presentavano mutazioni specifiche della giraffa.

I genomi dei ruminanti potrebbero anche contenere prove dell’impatto dell’uomo su questi animali. Quando i ricercatori hanno usato un metodo per dedurre la dimensione passata della popolazione, hanno scoperto un massiccio declino per più della metà delle specie da 100.000 a 50.000 anni fa, più o meno nel periodo in cui gli esseri umani moderni lasciarono l’Africa e si diffusero in tutto il mondo.

I ricercatori hanno creato il Ruminant Genome Database, una raccolta pubblica dei dati genomici e trascrittomici presentati nel loro studio.

Il lavoro è stato sostenuto da una serie di agenzie e fondazioni in Cina, Europa e Stati Uniti. La parte dell'UC Davis è stata finanziata dal Dipartimento dell'Agricoltura degli Stati Uniti e dal Robert and Rosabel Osborne Endowment.