Мы используем cookie файлы.
Пользуясь сайтом, вы соглашаетесь с нашей Политикой конфиденциальности.

Приглашенный ученый Крутовский Константин Валерьевич Россия, США
Номер договора
14.Y26.31.0004
Период реализации проекта
2014-2018

По данным на 30.01.2020

43
Количество специалистов
66
научных публикаций
7
Объектов интеллектуальной собственности
Общая информация

Лиственница и сосна - важнейшие компоненты бореальных лесов Сибири, имеющие огромное экономическое, экологическое и эстетическое значение и, играющие важнейшую биосферную роль в регуляции глобального климата. Однако, изучение лиственницы, сосны и других важных пород хвойных, таких как сосна сибирская кедровая, тормозится практически полным отсутствием данных об их геноме и генах, контролирующих важные адаптивные и селекционные признаки. Ученые лаборатории проводят  сравнительный анализ и аннотирование геномов основных лесообразующих пород Российской Федерации – лиственницы сибирской, сосны обыкновенной и сосны кедровой сибирской, а также их наиболее опасных патогенов, в первую очередь, грибов, которые вызывают катастрофическое усыхание российских бореальных лесов.

Название проекта: Геномные исследования основных бореальных лесообразующих хвойных видов и их наиболее опасных патогенов в Российской Федерации

Приоритет СНТР: г


Цели и задачи

Направления исследований: Полногеномное секвенирование и аннотация, сравнительная геномика, биоинформатика

Цель проекта:

  • Создание лаборатории лесной геномики; изучение геномов основных лесообразующих пород РФ и их наиболее опасных патогенов (в первую очередь, грибов), которые вызывают катастрофическое усыхание российских бореальных лесов
  • Разработка молекулярно-генетических маркеров для определения происхождения древесины, мониторинга генетической изменчивости хвойных лесов, их адаптации к изменению климата и для создания селекционных и природоохранных программ


Практическое значение исследования

Научные результаты:

  • Получена коллекция ДНК из гаплоидной и диплоидной ткани лиственницы сибирской (Larix sibirica Ledeb.), сосны кедровой сибирской (Pinus sylvestris L.) и проведены все этапы подготовки ее к секвенированию. Созданы библиотеки разной фрагментированности ДНК для секвенирования.
  • Осуществлены секвенирование, первичная сборка и аннотирование геномов для L. sibirica (предполагаемый размер генома 12,03 Gbp) и P. sibirica (предполагаемый размер генома 28,9 Gbp) с использованием оригинального, разработанного в лаборатории метода поэтапной сборки больших геномов. Проведена аннотация геномов.
  • Проведены de novo сборка и аннотирование транскриптома лиственницы сибирской (Larix sibirica Ledeb.) и анализ его статистических и комбинаторных свойств.
  • Подготовлены и отсеквенированы транскриптомные библиотеки из различных тканей хвои, почек, молодых побегов, женских шишек, ксилемы и т. п. для глубокого аннотирования геномов хвойных. Проведена биоинформатическая обработка данных секвенирования транскриптомов.
  • Проведена работа по сканированию нуклеотидных сиквенсов гаплоидных мегагаметофитов с целью поиска мутаций и полиморфных сегрегирующих SNPs.
  • Проведен поиск микросателлитных локусов в геномах лиственницы сибирской, сосны кедровой сибирской и пихты сибирской. Осуществлен дизайн, синтез и тестирование соответствующих ПЦР-праймеров для их амплификации. Составлен и описан каталог микросателлитных (SSR) локусов для этих видов.
  • Осуществлена сборка митохондриальных геномов путем отбора именно митохондриальных контигов и скаффолдов лиственницы сибирской, сосны сибирской кедровой и сосны обыкновенной.
  • Осуществлена полная сборка и аннотирование хлоропластного генома лиственницы сибирской. Длина хлоропластного генома L. sibirica составила 122561 bp и близка к 122474 bp у близкородственной Larix decidua Mill. На основе собранного хлоропластного генома лиственницы сибирской осуществлен поиск полиморфных генетических маркеров – простых микросателлитных повторов (SSRs) и однонуклеотидных полиморфизмов (SNP). Ассемблирование производилось с использованием программ картирования Bowtie2 и геномного ассемблера SPAdes. Было найдено 13 SNPs, два из них находятся в кодирующих участках генома: tRNA-Arg и Cell division protein FtsH.
  • Отработана методика ddRADseq (double digestion Restriction site Associated DNAs sequencing) – метод генотипирования посредством секвенирования. Полученные данные позволили начать работать с привязкой геномных сборок, полученных из референсных деревьев к генетическим картам сцепления.
  • Проведен подробный сравнительный анализ митохондриальных геномов Armillaria borealis, A. sinapina и A. ostoyae. Во всех трех геномах были найдены дупликации некоторых генов и встроенные плазмиды.
  • Проведено секвенирование образцов A. borealis, культивированных в разных средах для анализа дифференциальной экспрессии генов и выявления более агрессивных (и, предположительно, более патогенных) штаммов и генов-кандидатов на патогенность. Выполнена биоинформатическая обработка данных секвенирования. Проведена оценка качества результатов секвенирования. По результатам сборки проведен сравнительный анализ между контрастными по уровню патогенности штаммами грибов.
  • Выполнена биоинформатическая обработка данных секвенирования геномов грибов Armillaria mellea s. l. Проведена оценка качества сборки. Произведен анализ повторяющихся элементов в геномах грибов. Впервые собраны митохондриальные геномы представителей комплекса A. mellea s. l. Начата работа по изучению видового разнообразия грибов комплекса A. mellea s. l. на территории Сибири и Дальнего Востока с использованием генетических подходов.

Внедрение результатов исследования:

Получено 5 свидетельств о государственной регистрации программ для ЭВМ и 1 патент.

Образование и переподготовка кадров:

  • Разработаны 16 учебно-методических курсов в рамках магистерской программы: «Геномика и биоинформатика»: «Молекулярная экология», «Популяционная генетика», «Геномика», «Лесопатологический мониторинг», «Технологии защиты леса», «Введение в биоинформатику», «Программирование на Python», «Генетика человека», «Протеомика», «Геномика и биоинформатика», «Современные методы анализа многомерных данных в биологии», «Спецпрактикум “Методы молекулярно-генетических исследований”», «Теория отбора», «Иммуногенетика», «Биоинженерия растений», «Практическая биоинформатика».

  • В лаборатории за 4 года прошли профессиональную переподготовку и повышение квалификации по направлению научного исследования из сторонних организаций 36 человек (в основном молодые специалисты из Института леса имени В. Н. Сукачева СО РАН и сотрудники филиалов «Рослесозащиты»).

Организационные и инфраструктурные преобразования:

На базе лаборатории функционирует Научно-образовательный центр геномных исследований Сибирского федерального университета, который выполняет также роль центра коллективного пользования уникальным оборудованием для полногеномного секвенирования.

Другие результаты:

Лаборатория участвует в разработке первого отечественного секвенатора ДНК третьего поколения, осуществляемого стартапом «ГАММА-ДНК» получившем грант фонда «Сколково». Руководитель лаборатории К. В. Крутовский является одним из 6 авторов оригинального метода секвенирования, получившего международный патент и одним из 9 участников проекта.

Сотрудничество:

  • Лаборатория популяционной генетики имени Ю. П. Алтухова Института общей генетики имени Н. И. Вавилова РАН (Россия), Отдел мониторинга состояния лесных генетических ресурсов Филиала ФБУ «Рослесозащита» «Центр защиты леса Красноярского края» (Россия): совместные исследования и совместные научные мероприятия

  • Лаборатория лесной генетики и селекции Института леса имени В. Н. Сукачева СО РАН (Россия), Лаборатория молекулярной экологии растений Института экологии растений и животных УрО РАН (Россия), Лаборатория Музей мамонта имени П. А. Лазарева Северо-Восточного федерального университета (Россия), Лаборатория идентификации объектов биологического происхождения Южного федерального университета (Россия), Хакасский технический институт (Россия), Центр высокопроизводительных вычислений Института космических и информационных технологий Сибирского федерального университета (Россия), Центр биоинформатики Университета Хайфы (Израиль): совместные исследования

  • Отдел лесной генетики и селекции Геттингенского университета имени Георга-Августа (Германия): совместные исследования и стажировки в Геттингенском университете сотрудников и студентов Лаборатории
Скрыть Показать полностью
Kolesnikova A., Putintseva Y.A., Simonov E.P., Biriukov V. V., Oreshkova N.V., Pavlov I.N., Sharov V.V., Kuzmin D.A., Makolov S.V., Anderson J., Krutovsky K.V.
Comparison of mitochondrial genomes of four closely-related Armillaria species indicated mobile genetic elements as a main cause of genome size variation. BMC Genomics (accepted) (2019).
Bondar E.I., Putintseva Y.A., Oreshkova N.V., Krutovsky K.V.
Siberian larch (Larix sibirica Ledeb.) chloroplast genome and development of polymorphic chloroplast markers. BMC Bioinformatics 20(1): 37 (2019).
Kuzmin D.A., Feranchuk S.I., Sharov V.V., Cybin A.N., Makolov S.V., Putintseva Y.A., Oreshkova N.V., Krutovsky K.V.
Stepwise large genome assembly approach: A case of Siberian larch (Larix sibirica Ledeb.). BMC Bioinformatics 20(1): 37 (2019).
Oreshkova N.V., Bondar E.I., Putintseva Yu.A., Sharov V.V., Kuzmin D.A., Krutovsky K.V.
Development of nuclear microsatellite markers with long (three -, four-, five-and six-nucleotide) motives for three larch species based on the de novo whole genome sequencing of Siberian larch (Larix sibirica Ledeb.). Russian Journal of Genetics 55(4): 444-450 (2019).
Semerikov V.L., Semerikova S.A., Putintseva Y.A., Tarakanov V.V., Tikhonova I.V., Vidyakin A.I., Oreshkova N.V., Krutovsky K.V.
Colonization History of Scots Pine in Eastern Europe and North Asia Based on Mitochondrial DNA Variation. Tree Genetics and Genomes 14: 8 (2018).
Фотоальбомы
Вторник , 03.12.2019
Другие лаборатории и ученые
Лаборатория, принимающая организация
Область наук
Город
Приглашенный ученый
Период реализации проекта
Лаборатория инновационных препаратов и материалов

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Сибирский федеральный университет»

Сельскохозяйственные биотехнологии

Красноярск

Томас Сабу Чатукулам

Индия

2018-2020

Лаборатория молекулярных основ стрессоустойчивости растений

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт биоорганической химии имени академиков М. М. Шемякина и Ю. А. Овчинникова Российской академии наук

Сельскохозяйственные биотехнологии

Пущино

Тальянский Михаил Эммануилович

Великобритания, Россия

2017-2021

Международная лаборатория молекулярной генетики и геномики птицы

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Московская государственная академия ветеринарной медицины и биотехнологии — МВА имени К. И. Скрябина» (ФГБОУ ВО МГАВМиБ — МВА имени К. И. Скрябина)

Сельскохозяйственные биотехнологии

Москва

Романов Михаил Николаевич

США

2017-2019