«Современные возможности работы с большими данными позволяют по-новому взглянуть на использование «живых носителей» генетической информации, хранящихся в составе биоресурсных коллекций», - говорит директор ВИР Елена Хлесткина

В рамках лекции «РАЦИОНАЛЬНОЕ УПРАВЛЕНИЕ ГЕНЕТИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИЕЙ БИОРЕСУРСНЫХ КОЛЛЕКЦИЙ В ЭПОХУ ЦИФРОВИЗАЦИИ И ПОСТГЕНОМНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ», представленной директором ВИР Еленой Хлесткиной на 12-й Международной школе молодых ученых «Системная Биология и Биоинформатика» / 12th International young scientists school «System Biology and Bioinformatics», SBB-2020, этот вопрос был рассмотрен на примере коллекций генетических ресурсов растений.

Елена Хлесткина напомнила, что история коллекций генетических ресурсов растений, которые имеют ключевое значение для продовольственной безопасности планеты, началась в России на рубеже XIX-XX вв.

елена хлесткина

«Эта работа с самого начала основывалась на систематизации и анализе данных, которые в полной мере, даже с высоты сегодняшнего дня, можно назвать «большими данными», – подчеркнула она. – Велось документирование и анализ количественных оценок всего спектра хозяйственно полезных свойств, а также физиологических и биохимических показателей, у наиболее значимых культур с привязкой к генотипу (сорту/сортообразцу), к местности и времени (со всеми сопутствующими данными, касающимися географического положения, климата, почв, конкретных погодных условий в год испытаний).

Одновременно с накоплением и анализом оценочных данных велось сохранение эталонных образцов изучаемого материала. Эта работа, развернутая в Бюро по прикладной ботанике при Ученом комитете Министерства земледелия и государственных имуществ Российской Империи, созданном в 1894 году, была многократно масштабирована и вышла на новый качественный уровень с начала 1920-х гг. под руководством Николая Ивановича Вавилова. В 1920г. Вавилов стал директором Бюро, ныне – Федеральный исследовательский центр Всероссийский институт генетических ресурсов растений имени Н.И.Вавилова (ВИР). Широкомасштабные работы по сбору генетических ресурсов растений из разных уголков планеты сопровождались испытанием этого мирового разнообразия на многочисленных опытных участках страны. Велось сопоставление данных «генотип» – «фенотип» – «условия внешней среды». Это прообраз сегодняшнего анализа ассоциаций “GWAS”, только в отличие от нашего времени тогда работы проводились без возможности анализа на уровне ДНК».

С накоплением оценочных и описательных данных об образце генетических ресурсов растений возрастает ценность самого образца.

По мнению директора ВИР, не менее важным являются так называемая «паспортная» информация об образце (название, место его происхождения, ботаническая принадлежность, дата включения в коллекцию и т.д.) и гербарный ваучер.

«Такой научно систематизированный подход к генетическим ресурсам позволил надежно сохранять идентифицированный материал и эффективно использовать его в селекционных программах, – отметила Елена Хлесткина. – А сегодня именно совокупность «образцы генетических ресурсов растений (как физические носители генетической информации) + четко привязанные к каждому образцу паспортные, описательные и оценочные данные» является бесценным ресурсом для осмысленного и эффективного применения открывшихся возможностей высокопроизводительного генотипирования для ассоциативного картирования новых селекционно значимых локусов генома.

В условиях, когда масштабы накопленных биоресурсных коллекций сельскохозяйственных растений огромны, а ресурсы на секвенирование и качественный анализ данных (с учетом большого размера и сложности геномов данных объектов) отнюдь не бесконечны, ключевым является расстановка приоритетов: геномы каких образцов, как и в какой последовательности изучать, и главное, с какой конечной целью? Важно, чтобы конечный результат этих дорогостоящих исследований был по-настоящему практически значимым. Для расстановки приоритетов и определения конечной цели ключевую роль играют оценочные данные, накопленные в результате многолетних наблюдений за конкретными образцами коллекций генетических ресурсов растений, позволяющие делать правильно структурированные выборки, включающие носителей потенциально новых аллелей для генотипирования и дальнейшего ассоциативного картирования».

Работа по накоплению оценочных данных образцов коллекции в актуальных условиях (географических, климатических, агротехнологических) продолжается и сегодня она плавно перестраивается под возможность одновременного проведения полногеномного анализа ассоциаций «генотип-фенотип».

«Вместе с тем, принцип сохранения генетической целостности образцов предполагает, что в большинстве случаев (особенно в отношении генресурсов перекрестно опыляемых культур и образцов староместных сортов и диких родичей, представленных не «клонами», а популяциями) за одним образцом генетических ресурсов растений стоит ансамбль генотипов, – отметила Елена Хлесткина. – Это означает, что за высокопроизводительным генотипированием одного такого образца будет, по сути, стоять анализ геномов нескольких десятков индивидуальных организмов. Более того, потомство каждого такого генотипированного индивидуума для максимально эффективного использования извлеченной геномной информации в свою очередь должно быть включено в качестве отдельного образца для поддержания в коллекции».

«Таким образом, – подытожила она, – с одной стороны современные возможности геномики и биоинформатики привносят коррективы в управление и использование биоресурсных коллекций, а, с другой стороны именно биоресурсные коллекции, как научно систематизированные собрания генетического разнообразия, должным образом задокументированные и должным образом поддерживаемые в живом виде, позволяют осмысленно подойти к использованию современных методических возможностей и рационально тратить кадровый, временной и материальный ресурс, затрачиваемый на постгеномные исследования».

Напомним, что Международные школы молодых ученых «Системная Биология и Биоинформатика» ежегодно проводит Федеральный Исследовательский центр Институт цитологии и генетики Сибирского отделения РАН; на них приезжают более 100 молодых ученых из России и более 10 других стран.

Однако в этом году мероприятие проходит не в традиционном Новосибирске, а в Крыму и организовано силами четырех организаций: НИЦ «Курчатовский институт» ( Москва), ИЦиГ СО РАН (Новосибирск), «Никитский ботанический сад — Национальный научный центр» (Ялта, пгт Никита) и ФГАОУ ВО «Севастопольский государственный университет», СевГУ ( Севастополь).

(Источник: официальный сайт ВИР).