​Специалисты из Курчатовского геномного центра ФИЦ «Институт цитологии и генетики СО РАН» рассказали о роли ЦКП «Биоинформатика» в работе по секвенированию геномов сельскохозяйственных культур и разработке технологии компьютерного фенотипирования растений.  
 
«Бурное развитие наук о жизни, произошедшее в последние десятилетия, привело к увеличению количества данных, с которыми работают ученые. Основной причиной этого служит уменьшение стоимости проведения экспериментов: сегодня даже небольшая лаборатория может приобрести секвенатор ДНК, выделить пробы для интересных им организмов и перевести полученную информацию в электронный вид. Но дальше возникает вопрос — где хранить собранные данные и на каких мощностях их анализировать? Именно для выполнения таких задач создан наш Центр коллективного пользования “Бионформатика”, — прокомментировал начальник ЦКП “Биоинформатика” ФИЦ ИЦиГ СО РАН Дмитрий Александрович Рассказов. — У нас достаточно ресурсов, чтобы хранить и анализировать полученную учеными информацию, кроме того, мы можем удаленно предоставлять доступ к ней различным пользователям, поэтому имеется возможность сотрудничать с исследователями со всего мира, чем наш центр активно пользуется». 
 
Одна из основных задач, стоящих перед ЦКП, — создание новых сортов растений с заданными свойствами, — которую можно решить с помощью экспериментальной технологии генетического редактирования. Но сперва необходимо определить конкретные гены, чтобы в будущем привить генам устойчивость к болезням или засухам или другие полезные признаки. 

 
«В рамках нашей работы мы секвенируем геномы, но не только у одного сорта растений, а сразу у нескольких ближайших родственников. Это делается для того, чтобы получить возможность на основе сравнения геномных последовательностей популяций оценить вариабельность генома, определить, какие мутации присутствуют и как они ассоциированы с различными важными признаками. Однако сегодня секвенирование геномов и скрининг мутаций является довольно дешевой и быстрой технологией, при этом определение проявившихся признаков — фенотипа — зачастую делается вручную. Поэтому мы занялись поиском способа получить большой массив данных по фенотипу, который потом можно было бы сопоставить с генотипом. Сегодня нами развиваются методы, основанные на анализе двумерных и трехмерных изображений при помощи вычислительных компьютерных технологий», — рассказал заведующий лабораторией эволюционной биоинформатики и теоретической генетики ФИЦ ИЦиГ СО РАН кандидат биологических наук Дмитрий Аркадьевич Афонников.
 
В результате ученые разработали две новые технологии, уже применяющиеся селекционерами и генетиками. Исследователи создали мобильное приложение, которое, анализируя фотографию, распознает характеристики (форму, длину, ширину и площадь) зерен из одного колоса и считает их.  

 
«Вторая технология кроме перечисленных параметров также сможет определить урожайность колоса, но для этого зёрна не нужно будет даже отделять от стебля. Сейчас мы занимаемся глубоким машинным обучением — чтобы алгоритмы заработали, необходимо огромное количество обучающих данных, которые мы храним на серверах ЦКП. Я надеюсь, что внедрение наших технологий сделает их массовыми, позволит существенно экономить временные затраты и устранит необходимость участия квалифицированных специалистов в подобной рутиной работе», — добавил Дмитрий Афонников. ​
 
Сибирские ученые при помощи суперкомпьютерного центра проводят также работы с человеческой ДНК. Одна из проблем, решаемых исследователями, — сборка полного человеческого генома. Обычно после секвенирования биологического образца на выходе получается фрагмент генома, называемый прочтением. Он гораздо меньше, чем гены, содержащиеся в геноме, поэтому из них необходимо собрать более длительные последовательности. 

 
«Размер человеческого генома примерно 3 ГБ — это 3 миллиарда нуклеотидов. Мы берем какой-то биологический образец и секвенируем его, получая на выходе коротенький фрагмент — всего лишь 100 нуклеотидов. Для того чтобы из этих коротких фрагментов собрать, например, хромосомы, нам и нужны ресурсы суперкомпьютера. Благодаря доступным нам вычислительным мощностям мы менее ограничены в работе с ДНК и можем эффективнее работать — предсказывать гены в последовательностях, определять мутации, смотреть на различные структурные вариации и так далее», — прокомментировал старший научный сотрудник лаборатории эволюционной биоинформатики и теоретической генетики ФИЦ ИЦиГ СО РАН кандидат биологических наук Михаил Александрович Генаев.
 
«Наука в Сибири»
 
Фото: Суперкомпьютер ЦКП «Биоинформатика» ( Анастасия Федотова).


Похожие новости

  • 16/02/2021

    Новосибирские учёные исследуют поражающий пшеницу грибок

    В Институте цитологии и генетики СО РАН школьник вместе с учёными проводит опыты с опасным грибком, поражающим урожай пшеницы. Сибирские исследователи хотят доказать, что изучив гены, злаки можно спасти.
    537
  • 29/10/2020

    Вкус места: химики и биологи пытаются раскрыть секрет терруара

    ​​Для знатока вин нет никакой сложности, чтобы отличить, к примеру, шардоне из Бургундии от шардоне из Калифорнии, Аргентины, Южной Африки, Болгарии, Молдовы или черноморского побережья России. Характерный «отпечаток» местности, или терруар, давно уже учитывается в винодельческой практике при изготовлении высококачественных марок.
    695
  • 16/02/2021

    День российской науки — 2021

    Традиционно в честь Дня российской науки сибирские институты проводят просветительские мероприятия для студентов, школьников и всех, кто желает узнать чуть больше о большой науке. ​«Этот год был объявлен годом науки и технологий.
    7140
  • 22/03/2021

    Ускоренный отбор. Генетические технологии обеспечивают продовольственную безопасность

    ​ В свое время создание сорта яровой пшеницы «Новосибирская-67» окупило первую очередь строительства Новосибирского Академгородка, как отмечал отец-основатель Сибирского отделения АН СССР академик Михаил Лаврентьев.
    884
  • 16/09/2021

    Год науки и технологий. Какую поддержку получают молодые учёные?

    Поддержка молодых ученых – одно из основных направлений государственной политики в области развития науки. Для того, чтобы увеличить количество молодых людей, решивших связать свою жизнь с наукой, и поддержать их исследования, проводится целый ряд программ.
    613
  • 02/12/2020

    ИЦиГ СО РАН заключил соглашение о сотрудничестве с ЭФКО и НГУ

    ​​1 декабря 2020 года было подписано трехстороннее соглашение о сотрудничестве между Институтом цитологии и генетики СО РАН, Новосибирским государственным университетом и компанией «ЭФКО» (крупнейший российский производитель спецжиров и маргарина, также выпускает майонез, растительные масла, кетчупы, молочные и кисломолочные продукты).
    1044
  • 22/12/2020

    Ученые выяснили, почему коровы не мерзнут

    ​Ученые ФИЦ ИЦиГ СО РАН под руководством профессора Королевского ветеринарного колледжа (Великобритания) Дениса Ларкина уже несколько лет активно изучают генетические факторы устойчивости к холодному климату у исконно российских пород крупного рогатого скота.
    981
  • 24/11/2020

    Клеточные технологии помогают в лечении трофических язв

    ​​Сахарным диабетом страдают сотни миллионов обитателей нашей планеты. И по прогнозам экспертов, их число в ближайшие десятилетия заметно вырастет. Одно из распространенных последствий развития этого заболевания - трофические язвы нижних конечностей.
    647
  • 15/12/2020

    Как мы стареем: связь митохондриальной ДНК и возраста организма

    ​Почему мы стареем? Можно ли если не остановить, то хотя бы замедлить этот процесс? И с чем он связан? На протяжении многих лет ученые всего мира выдвигают и опровергают разные концепции возрастных изменений.
    1538
  • 16/12/2020

    Институт цитологии и генетики СО РАН аккредитован на соответствие принципам надлежащей лабораторной практики

    ​​Доклинические испытания на международном уровне. Институт цитологии и генетики СО РАН получил статус соответствия принципам надлежащей лабораторной практики. В научном центре проверяют безопасность новых медикаментов, косметики и пищевых добавок.
    772