Карта участника BiATA
В СПбГУ прошла пятая международная конференция Bioinformatics: from Algorithms to Applications («Биоинформатика: от алгоритмов к применению», BiATA 2021), которую ежегодно организует Санкт-Петербургский государственный университет (Центр биоинформатики и алгоритмической биотехнологии).
«В этом году российскими учеными представлено много интересных докладов очень серьезного уровня, что говорит об активном вхождении биоинформатики в российскую науку и росте конкурентоспособности наших ученых. В то время как раньше в конференции принимали активное участие в основном иностранные ученые. Нужно также отметить, что очень заметно расширилась география участников конференции из России. Это уже не только Санкт-Петербург и Москва, но и Новосибирск, Тверь, Уфа и другие города. Конференция выжила в тяжелых коронавирусных условиях, и это очень важно, ведь BiATA — единственная конференция такого рода в Санкт-Петербурге и также одна из немногих в стране», — отметила председатель программного комитета конференции BiATA 2021 Алла Лапидус.
На конференции выступила доктор биологических наук профессор СПбГУ Татьяна Матвеева с докладом «Как данные секвенирования нового поколения (next generation sequencing, NGS) помогают обнаруживать и изучать природные ГМО-растения».
Природно-трансгенные растения — это виды, которые несколько миллионов лет тому назад были подвергнуты агробактериальной трансформации. Агробактерии способны использовать горизонтальный перенос генов, то есть они могут заставить небольшие фрагменты своей ДНК (T-ДНК из Ti-плазмиды) проникать в клетки растений.
Ученый-биолог рассказала о существующих растениях, которые закрепили в собственном геноме участки ДНК, когда-то принадлежавшие агробактериям, и продолжают передавать эту информацию из поколения в поколение. Например, к ним относятся некоторые представители родов Nicotiana (табак), Ipomea (к которым относится батат), Linaria (лекарственное растение льнянка) и еще более 30 видов дикорастущих и культурных растений.
Агробактериальный перенос генов в настоящее время уже стал наиболее популярным методом получения коммерческих линий генетически модифицированных культур (ГМО). Несмотря на то, что такие ГМО-растения созданы с использованием «природной» технологии горизонтального переноса генов, их все равно подвергают критике за «ненатуральность».
По словам профессора СПбГУ, природно-трансгенные растения являются ключом к изучению последствий распространения ГМО-культур. Они могут помочь понять, что будет с трансгенными растениями, созданными человеком, спустя длительное время, а также разобраться в функциях участков Т-ДНК, которые хранятся в геномах некоторых представителей флоры.
Варвара Творогова, старший научный сотрудник СПбГУ (кафедра генетики и биотехнологии), представила на конференции доклад о «Поиске регуляторов соматического эмбриогенеза у растений». Исследование было проведено под руководством профессора СПбГУ Людмилы Лутовой.
Соматический эмбриогенез (СЭ) — это способ регенерации растения. В ходе СЭ вегетативные клетки образуют зародыши, которые потенциально могут развиться в новое растение. Данный процесс используется в биотехнологии растений для модификации генома и селекции. Способность растения образовывать соматические зародыши in vitro зависит от условий выращивания, а также от его генотипа. Поэтому изучение генов, регулирующих этот процесс, может помочь в создании более эффективных протоколов для стимуляции СЭ.
«Мы ищем регуляторы соматического эмбриогенеза среди генов семейств WUSCHEL-related homeobox (WOX) и nuclear factor Y (NF-Y), кодирующих факторы транскрипции, а также среди генов семейства CLAVATA3/Embryo Surrounding Region (CLE), кодирующих пептидные гормоны, используя бобовое растение Medicago truncatula (люцерну усеченную) в качестве модельного объекта», — отметила Варвара Творогова.
Ученым СПбГУ удалось обнаружить, что гены MtWOX9-1 и STENOFOLIA из семейства WOX способны стимулировать соматический эмбриогенез у растений Medicago truncatula при их сверхэкспрессии. Экспрессия генов — это процесс, в ходе которого наследственная информация от гена преобразуется в функциональный продукт — РНК или белок. Сверхэкспрессия — значительное превышение нормального уровня экспрессии определенного гена у трансгенного или рекомбинантного организма. Отредактированные растения с потерей функции MtWOX9-1 характеризуются нарушениями в развитии цветков и плодов. Это косвенно подтверждает роль данного гена в эмбриогенезе.
Также нами обнаружен один возможный супрессор соматического эмбриогенеза среди генов CLE, который можно использовать в качестве потенциальной мишени для редактирования с целью получения растений с высокой способностью к регенерации.
Старший научный сотрудник кафедры генетики и биотехнологии СПбГУ Варвара Творогова
Научные группы Татьяны Матвеевой и Варвары Твороговой являются частью научного центра мирового уровня «Агротехнологии будущего». НЦМУ был создан в 2020 году в рамках национального проекта «Наука». Вместе с Санкт-Петербургским государственным университетом в его создании принимают участие Российский государственный аграрный университет — МСХА имени К. А. Тимирязева, ФИЦ «Фундаментальные основы биотехнологии» РАН, ФИЦ «Информатика и управление» РАН, Всероссийский научно-исследовательский институт сельскохозяйственной микробиологии, Почвенный институт имени В. В. Докучаева и Всероссийский институт генетических ресурсов растений имени Н. И. Вавилова.
В 2021 году BiATA проходила в онлайн-формате. В конференции приняли участие ученые из Франции, Германии, Португалии, Бразилии, Чили, США, Южной Кореи, Чехии, Индии, Англии, Египта, Белоруссии, Таиланда и Филиппин. В рамках исследования ученые Университета проанализировали, как работают геномы на разных стадиях жизненного цикла паразитических плоских червей, трематод и в отличающихся участках тела женской особи паразитического корнеголового ракообразного. Об этом в своем докладе рассказал Максим Нестеренко, младший научный сотрудник СПбГУ (кафедра зоологии беспозвоночных). Как уточнил Нестеренко, одной из ключевых особенностей трематод является их сложный жизненный цикл. В ходе реализации жизненного цикла у этих червей происходит последовательное чередование половых поколений. При этом каждое поколение обладает специфичным онтогенезом (индивидуальным развитием организма).
В отличие от трематод, жизненный цикл корнеголовых ракообразных является простым и покрывает только одно поколение. Однако тело женской особи паразита столь сильно преобразовалось в ходе эволюции, что стало напоминать систему корней растений со специализированными участками. Для более глубокого понимания молекулярных различий между стадиями циклов трематод и участками тела корнеголового ракообразного исследователи использовали методы филостратиграфии и эволюционной транскриптомики, позволяющие описать работу групп генов, возникших на разных этапах эволюции организмов. Результаты проведенных анализов позволили выявить статистически значимые различия между сравниваемыми образцами в активности «старых» и «новых» генов. «В то же время подходить к интерпретации возрастных индексов транскриптомов следует с осторожностью», — подчеркнул Максим Нестеренко. Он добавил, что часть данных была проанализирована на базе ресурсного центра «Вычислительный центр» СПбГУ, а полученные результаты исследований будут служить основой его кандидатской диссертации.
Младший научный сотрудник Центра биоинформатики и алгоритмической биотехнологии СПбГУ Иван Толстоганов рассказал о новом инструменте BinSPreader. По его словам, для изучения сообщества некультивируемых микроорганизмов зачастую необходим анализ метагенома — совокупного генома сообщества. Важной частью анализа данных метагеномного секвенирования является биннинг — разделение контигов на группы, соответствующие различным организмам.
«Современные инструменты для биннинга, как правило, не могут правильно классифицировать короткие нуклеотидные последовательности, содержащие в себе интересную информацию, например гены антибиотикорезистентности или вариации между штаммами», — объяснил Иван Толстоганов.
Разработанный нами инструмент для улучшения качества биннинга позволяет ощутимо дополнить классификацию коротких последовательностей, а также исправить часть ошибок в классификации длинных последовательностей исходного биннинга.
Младший научный сотрудник Центра биоинформатики и алгоритмической биотехнологии СПбГУ Иван Толстоганов
После его доклада Центр биоинформатики и алгоритмической биотехнологии СПбГУ получил несколько запросов на beta-версию BinSPreader.
Алла Львовна также добавила, что СПбГУ (Центр биоинформатики и алгоритмической биотехнологии) активно сотрудничает с Европейским институтом биоинформатики (EMBL-EBI) — одним из трех самых сильных центров в мире. «Центр СПбГУ имеет мировое признание», — подчеркнула председатель программного комитета конференции BiATA 2021. В рамках международной конференции «Биоинформатика: от алгоритмов к применению» также прошел воркшоп «Анализ метагеномных сборок при помощи MGnify», задачей которого было обучить исследователей работе на одной из инновационных платформ анализа метагеномных данных MGnify, созданной одним из ведущих мировых центров наук о жизни и биоинформатики The European Bioinformatics Institute (EMBL-EBI) в содружестве с Центром биоинформатики и алгоритмической биотехнологии" СПбГУ.
# международное сотрудничество# наука# новости науки# партнеры# цели устойчивого развития: ликвидация голода
