Широкомасштабный анализ транскриптомов сельскохозяйственных растений: идентификация новых генов устойчивости к биотическому и абиотическому стрессу и оценка потенциала альтернативной трансляции мРНК.

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 18-14-00293

НазваниеШирокомасштабный анализ транскриптомов сельскохозяйственных растений: идентификация новых генов устойчивости к биотическому и абиотическому стрессу и оценка потенциала альтернативной трансляции мРНК.

Руководитель Афонников Дмитрий Аркадьевич, Доктор биологических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный исследовательский центр Институт цитологии и генетики Сибирского отделения Российской академии наук" , Новосибирская обл

Конкурс №28 - Конкурс 2018 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 04 - Биология и науки о жизни; 04-207 - Системная биология; биоинформатика

Ключевые слова Транскриптом растений, высокопроизводительное секвенирование, резистентность, абиотический и биотический стресс, сельскохозяйственные культуры, рибосомальное профилирование, базы данных, конвейерная обработка данных.

Код ГРНТИ34.03.23

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Изучение транскриптомов растений с помощью высокопроизводительного секвенирования (RNA-seq) широко используется в настоящее время для решения таких задач как оценка экспрессии генов для разных генотипов и в разных условиях среды, идентификация последовательностей РНК, поиск маркеров к функционально важным генам. Созданы базы данных, в которых результаты экспериментов RNA-seq обработаны стандартными биоинформатическими процедурами, систематизированы и доступны пользователям в интерактивном виде через Интернет. Такие ресурсы важны для генетиков и селекционеров при анализе экспрессии генов в условиях стресса, поиска маркеров новых полезных генов. Однако в задаче анализа транскриптомов сельскохозяйственных растений остаются белые пятна. Во-первых, большинство публикуемых в статьях и базах результатов опираются лишь на последовательности, представленные в референсных геномах и аннотированных в них генах. В результате часть транскриптов, которые не обнаруживают значимого сходства с последовательностью референсного генома, не всегда депонируются в публичные БД и остаются недоступными большей части исследователей в области генетики и селекции растений. В то же время, «скрытая» часть транскриптома может содержать последовательности таких важных генов, как гены устойчивости к биотическим и абиотическим стрессам и являться важным источником информации для генетиков и селекционеров. Другой важной и мало изученной проблемой в анализе транскриптома является недооценка кодирующего потенциала мРНК. Показано, что с многих мРНК могут одновременно считываться несколько полипептидов – как изоформ одного белка, так и отличающихся аминокислотных последовательностей (часто небольших по размеру). Существуют данные, что роль таких альтернативных вариантов кодирования в мРНК существенна при активации ответа растений на патогены (Meteignier et al., 2017). Таким образом, несмотря на большой поток результатов в области секвенирования и анализа транскриптомов сельскохозяйственных растений, актуальной остается более полное исследование (1) состава транскриптомов сельскохозяйственных растений с точки зрения идентификации новых генов устойчивости к абиотическому и биотическому стрессу, а также (2) кодирующего потенциала транскриптома растений, в особенности, при ответе на стресс. Настоящий проект направлен на систематическое изучение «скрытой» части транскриптомов для сельскохозяйственных растений (ячмень, картофель, томат, кукуруза, рис) на основе de novo сборок и аннотации последовательностей, не имеющих сходства с референсным геномом. В фокусе аннотации транкриптомов будут гены устойчивости к абиотическому и биотическому стрессам. Для более точной оценки кодирующего потенциала трансриптома будет проведена широкомасштабная аннотация альтернативных открытых рамок считывания мРНК транскриптомов сельскохозяйственных растений на основе компьютерного предсказания. Для изучения роли альтернативной трансляции в ответе растения на стресс будет проведен эксперимент по рибосомальному профилированию двух генотипов картофеля (устойчивого и неустойчивого по отношению к золотистой нематоде) в условиях контроля и воздействия патогена. Будет проведена оценка изменения потенциала трансляции генов в ответ на воздействие патогена.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Дорошков А.В., Константинов Д.К., Афонников Д.А., Гунбин К.В. The evolution of gene regulatory networks controlling Arabidopsis thaliana L. trichome development BMC Plant Biology (год публикации - 2018)

2. Мустафин З.С., Константинов Д.К., Замятин В.И., Дорошков А.В., Лашин С.А., Афонников Д.А. Phylostratigraphic analysis shows the earliest origination of the stress associated genes in A.thaliana Preprints (год публикации - 2018)
10.20944/preprints201811.0352.v1

Публикации

1. Захар С. Мустафин, Владимир И. Замятин, Дмитрий К. Константинов, Алексей В. Дорошков, Сергей А. Лашин, Дмитрий А. Афонников Phylostratigraphic Analysis Shows the Earliest Origination of the Abiotic Stress Associated Genes in A. thaliana Genes, 10, 963 (год публикации - 2019)
10.3390/genes10120963

2. М.А. Генаев, Н.А. Шмаков, З.С. Мустафин, А.М.Мухин, Д.К. Константинов, А.В. Дорошков, С.А. Лашин, Д.А. Афонников Поиск Новых генов в "скрытой" части транскриптомов сельскохозяйственных растений Материалы международного конгресса «Биотехнология: состояние и перспективы развития» 25 - 27 ФЕВРАЛЯ 2019 г., с. 364-365 (год публикации - 2019)

3. Д.А. Афонников, М.А. Генаев, Н.А. Шмаков, З.С. Мустафин, А.В. Мухин, Д.К. Константинов, А.В. Дорошков, С.А. Лашин Analysis of out of the reference transcripts from RNA-seq libraries in crops Proceedings of 9th Moscow Conference on Computational Molecular Biology MCCMB'19 (год публикации - 2019)

4. Афонников Д.А., Генаев М.А., Шмаков Н.А., Мустафин З.С., Мухин А.В., Константинов Д.К., Дорошков А.В., Лашин С.А. Analysis of out of the reference transcripts from RNA-seq libraries in crops Plant Genetics, Genomics, Bioinformatics, and Biotechnology (PlantGen2019): The Fifth International Scientific Conference (June 24–29, 2019, Novosibirsk, Russia); Abstracts., стр. 24 (год публикации - 2019)
10.18699/PlantGen2019-006

5. Д.А. Афонников, М.А. Генаев, Н.А. Шмаков, З.С. Мустафин, А.М. Мухин, Д.К. Константинов, А.В. Дорошков, С.А. Лашин Поиск новых генов устойчивости сельскохозяйственных растений к биотическому и абиотическому стрессу на основе широкомасштабного анализа транскриптомов Марчуковские научные чтения - 2019 : Тезисы Международной конференции "Актуальные проблемы вычислительной и прикладной математики" / Ин-т вычислительной математики и матем. геофизики СО РАН. Новосибирск, 1‒5 июля 2019 г., с. 147-148 (год публикации - 2019)
10.24411/9999-017A-2019-10298

6. Шмаков Н.А., Глаголева А.Ю., Дорошков А.В., Афонников Д.А., Хлесткина Е.К. Transcriptomic changes underlying partial albinism in barley nearly isogenic line Plant Genetics, Genomics, Bioinformatics, and Biotechnology (PlantGen2019): The Fifth International Scientific Conference (June 24–29, 2019, Novosibirsk, Russia); Abstracts., с. 187 (год публикации - 2019)
10.18699/PlantGen2019-169

7. Н. Шмаков, А.Глаголева, Г.Васильев, Д.Афонников, Е. Хлесткина Transcriptomic analysis of barley partial albinism 5th Conference on Cereal Biotechnology and Breeding jointly organized by EUCARPIA Cereal Section, Book of Abstracts, November 4–7, 2019, Budapest, Hungary, стр. 33 (год публикации - 2019)

8. Лашин С.А., Мустафин З.С., Замятин В.И., Константинов Д.К., Дорошков А.В., Афонников Д.А Эволюционный анализ генных сетей абиотического стресса растений Cборник тезисов Международного Конгресса «VII Съезд Вавиловского общества генетиков и селекционеров, посвященный 100-летию кафедры генетики СПбГУ, и ассоциированные симпозиумы» (18-22 июня 2019 г., Санкт-Петербург, Россия), стр. 134 (год публикации - 2019)

9. Шмаков Н. А., Глаголева А.Ю., Афонников Д.А., Хлёсткина Е.К. Исследование частичного альбинизма ячменя с позиции транскриптомики Cборник тезисов Международного Конгресса «VII Съезд Вавиловского общества генетиков и селекционеров, посвященный 100-летию кафедры генетики СПбГУ, и ассоциированные симпозиумы» (18-22 июня 2019 г., Санкт-Петербург, Россия), стр. 876 (год публикации - 2019)

10. Генаев М.А, Шмаков Н.А, Мустафин З.С., Мухин А.М., Константинов Д.К., Дорошков А.В., Лашин С.А., Афонников Д.А. Поиск новых генов в «скрытой» части транскриптомов сельскохозяйственных растений Cборник тезисов Международного Конгресса «VII Съезд Вавиловского общества генетиков и селекционеров, посвященный 100-летию кафедры генетики СПбГУ, и ассоциированные симпозиумы» (18-22 июня 2019 г., Санкт-Петербург, Россия), стр. 528 (год публикации - 2019)

11. Шмаков Н.А., Глаголева А.Ю., Васильев Г.В., Афонников Д.А., Хлесткина Е.К Novel genomic marker for the Alm locus in barley identified based on transcriptome analysis Plant biotechnology in the postgenomic era, стр. 162-165. (год публикации - 2019)
10.18699/ICG-PlantGen2019-52

Публикации

1. А.Ю. Пронозин, М.К. Брагина, Н.А. Шмаков, Е.А. Салина Пангеномы сельскохозяйственных растений Вавиловский журнал генетики и селекции (год публикации - 2021)

2. Н.А. Шмаков Улучшение качества сборки de novo транскриптомов ячменя на основе гибридного подхода для линий с изменениями окраски колоса и стебля Вавиловский журнал генетики и селекции (год публикации - 2021)

3. Д.А. Афонников, О.И. Синицына, Т.С. Голубева, Н.А. Шмаков, А.В. Кочетов Рибосомное профилирование как инструмент исследования трансляции у растений: основные итоги, проблемы и перспективы Вавиловский журнал генетики и селекции (год публикации - 2021)

4. Т.Н. Лахова, Ф.В. Казанцев, С.А. Лашин, Ю.Г. Матушкин Технология поиска и исследования потенциально осциллирующих ферментативных систем Вавиловский журнал генетики и селекции (год публикации - 2021)

5. А. Пронозин, М. Генаев, Д. Афонников Using fast homology search tools for protein sequence functional annotation: a comparison Systems Biology and Bioinformatics (SBB-2020). The Twelfth International Young Scientists School. Book of Abstracts., P. 47 (год публикации - 2020)
10.18699/SBB-2020-00

6. А. Пронозин, М. Генаев, Д.Афонников Using fast homology search tools for protein sequence functional annotation: a comparison Тезисы Международной конференции, посвященной 95-летию со дня рождения акад. Г. И. Марчука, P. 168 (год публикации - 2020)