Поиск генов устойчивости к болезням в сельхозкультурах с помощью больших данных

Исследователи из Центра управления здоровьем сельскохозяйственных культур (CCDM) используют методы работы с большими данными для изучения эволюции грибных геномов, что в будущем улучшит защиту растений.

Исследование, проведённое CCDM (совместно финансируемым Университетом Кёртина и Корпорацией исследований и разработок в области зерновых культур, GRDC), возглавил доктор Джеймс Хейн. Его цель — поиск атипичных эволюционных связей между генами разных видов для обнаружения генов, вызывающих болезни растений.

Поиск "прыгающих" генов

Подавляющее большинство генов наследуется вертикально — от родителя к потомству. Однако, особенно у микроорганизмов, гены иногда могут "перепрыгивать" на большие эволюционные расстояния — это называется латеральным (горизонтальным) переносом генов.

Учёные сравнивают тысячи геномов в крупномасштабном эволюционном анализе, чтобы выявить случаи, когда гены "перепрыгнули" между видами. Такие гены могут содержать ключи к пониманию того, как патоген выживает, эволюционирует и вызывает заболевание.

Пример: ген ToxA

Известный пример — высокоактивный ген грибного заболевания ToxA. В какой-то момент истории он "перепрыгнул" от патогена, вызывающего жёлтую пятнистость пшеницы, к патогену, вызывающему септориозную пятнистость (Septoria nodorum blotch). Эти эволюционно далёкие патогены имеют один и тот же ген, вызывающий инфекцию.

Масштаб анализа

С помощью суперкомпьютера Magnus в Центре суперкомпьютерных вычислений Паузи доктор Хейн анализирует базу данных, содержащую более 3500 видов (грибы, бактерии, археи, оомицеты, насекомые, растения, водоросли).

Процесс требует огромных вычислительных мощностей: все гены каждого вида сравниваются со всеми генами всех других видов. Это более 12 миллионов сравнений, в каждом из которых участвует от 10 000 до 20 000 генов.

Прогресс в геномике

За последние 10 лет геномные технологии шагнули далеко вперёд: если раньше учёные работали с единичными полными геномами грибов, то теперь их доступны сотни. Исследования перешли от работы с одним референсным геномом вида к сравнению сотен геномов внутри одного вида, что повышает точность и даёт новые данные.

Практическая цель

Результаты этой работы в CCDM будут переданы селекционным компаниям, чтобы помочь в выведении и отборе сортов сельскохозяйственных культур, устойчивых к болезням.