Исследователи используют суперкомпьютеры TACC для изучения генетических причин Синдрома Желтого Полога

С 2011 года австралийский сахарный тростник поражает загадочное заболевание — Синдром Желтого Полога (Yellow Canopy Syndrome, YCS). Состояние вызывает быстрое пожелтение листьев среднего яруса у внешне здоровых растений, что может снизить выход сахара до 30%.

За последние годы синдром распространился по континенту. Убытки оцениваются примерно в $40 млн, и производители опасаются, что это может разрушить отрасль в Австралии.

Исследовательская группа под руководством Кейт Хертвейк, доцента биологии Университета Техаса в Тайлере (UT Tyler), использует геномный подход для изучения причин болезни. Они применяют секвенирование РНК следующего поколения для сравнения и анализа генетических данных пораженных и здоровых растений, собранных в различных полевых условиях в течение трех лет.

Сахарный тростник имеет чрезвычайно сложную генетику с переменным числом хромосом. Ранее для него не было доступно референсного генома. Поэтому Хертвейк и ее коллега Кейт Уотен-Данн из Sugar Research Australia создали референсный транскриптом — набор молекул матричной РНК (mRNA), экспрессируемых генами организма, который определяет, какие белки будет производить растение.

"С этим референсным транскриптомом мы могли сравнивать образцы с синдромом и контрольные, взятые в разное время, у разных сортов и из разных регионов выращивания", — говорит Уотен-Данн. Объем данных был огромным, и сборка была возможна только на высокопроизводительном вычислительном кластере.

Команда использовала суперкомпьютеры Техасского передового вычислительного центра (TACC) для крупномасштабных исследований. Они собрали данные последовательности РНК из 70 образцов листьев и использовали несколько алгоритмов для создания de novo сборки.

Созданный референсный транскриптом позволил команде изучить, как разные образцы экспрессируют разные белки, что дает ключи к пониманию первопричины YCS.

Предварительный анализ дифференциальной экспрессии генов на подмножестве данных выявил несколько сигналов, требующих дальнейшего изучения:

• Некоторые различия в экспрессии генов могут указывать на бактериальную природу, но также могут быть связаны с лабораторными загрязнителями.
• Обнаружены сигналы физического (абиотического) стресса. Пораженные YCS растения сахарного тростника, по-видимому, более чувствительны к таким стрессам.

Исследователи представили свою работу на совещании по эволюции 2016 года (Evolution Meeting) и конференции Австралийского общества биоинформатики и вычислительной биологии (AB3ACBS). Новейшие результаты будут представлены на Международной конференции по тропическому сельскому хозяйству в ноябре 2017 года.

Хертвейк также выступает сторонником высокопроизводительных вычислений среди коллег и преподает курсы биоинформатики студентам с использованием облачной вычислительной системы TACC Jetstream. Студенты анализируют последовательности данных бактерий, исследуемых для будущего применения в биотопливе, и других генетически интересных видов.