Основной целью агро- и биотехнологий сегодня является обеспечение жителей России полноценными, качественными и доступными по цене продуктами питания. Достижение этой цели требует решения двух взаимосвязанных задач. Это:
1) создание новых агротехнологий производства полноценной сельскохозяйственной продукции растительного и животного происхождения;
2) разработка новых биотехнологий ее хранения, переработки, получения высококачественных пищевых продуктов, а также мониторинга их экологической и генетической безопасности.
Все направления проектной образовательной программы «Большие вызовы»
Участники направления «Агропромышленные и биотехнологии»
Участники были определены по результатам проведения Всероссийского конкурса научно-технологических проектов 2018-2019 года.
Руководитель Детского ботанического сада лицея «Сириус», кандидат биологических наук
Директор Всероссийского института генетических ресурсов растений имени Н.И. Вавилова, руководитель направления «Биология и биотехнология растений» Научного центра генетики и наук о жизни Университета «Сириус», руководитель направления «Агропромышленные и биотехнологии» проектной программы конкурса «Большие вызовы», профессор РАН, доктор биологических наук
Научный сотрудник лаборатории ферментов репарации Института химической биологии и фундаментальной медицины Сибирского отделения РАН, член комиссии РАН по популяризации науки, старший преподаватель Новосибирского государственного университета и Специализированного учебно-научного центра, методист направления «Агропромышленные и биотехнологии» проектной программы конкурса «Большие вызовы», кандидат биологических наук
Научный сотрудник Центра генетики и наук о жизни Научного парка «Сириус» Образовательного Фонда «Талант и успех», кандидат биологических наук, методист и координатор экспертов программы «Большие вызовы» 2019 года
Старший научный сотрудник, заведующий группой молекулярной генетики Института химической биологии и фундаментальной медицины Сибирского отделения РАН, доцент Специализированного учебно-научного центра Новосибирского государственного университета, заведующий лабораториями биологического направления Регионального центра Новосибирской области «Альтаир», методист направления «Генетика и биомедицина» проектной программы конкурса «Большие вызовы», кандидат биологических наук
Научный сотрудник лаборатории дендрологии, парковедения и ландшафтной архитектуры Никитского ботанического сада - Национального научного центра РАН
Лаборант-исследователь лаборатории мониторинга генетической эрозии ФГБНУ «Федеральный исследовательский центр Всероссийского института генетических ресурсов растений им.Н.И.Вавилова»
Научный сотрудник лаборатории генно-инженерных технологий ЗАО «Биокад»
Научный сотрудник лаборатории эволюционной биоинформатики и теоретической генетики Института цитологии и генетики СО РАН, кандидат биологических наук
Заведующий лабораторией «Биохакинг» Научного парка «Сириус» Образовательного Фонда «Талант и успех»
Руководитель Детского ботанического сада лицея «Сириус», кандидат биологических наук
Младший научный сотрудник лаборатории инженерии и скрининга антител и лаборатории генно-инженерных технологий ЗАО «Биокад»
Координатор практикума от Научного Центра генетики и Наук о Жизни, старший научный сотрудник лаборатории геномного анализа и биоинформатики Центре генетики и наук о жизни «Научно-технологический университет «Сириус»
Главный научный сотрудник Всероссийского института генетических ресурсов растений имени Н.И.Вавилова, профессор, доктор биологических наук
Научный сотрудник лаборатории физиологии, биохимии и биотехнологии ФГБНУ НИИ Цветоводства и субтропических культур, кандидат биологических наук
Научный сотрудник лаборатории ферментов репарации Института химической биологии и фундаментальной медицины Сибирского отделения РАН, член комиссии РАН по популяризации науки, старший преподаватель Новосибирского государственного университета и Специализированного учебно-научного центра, методист направления «Агропромышленные и биотехнологии» проектной программы конкурса «Большие вызовы», кандидат биологических наук
Старший научный сотрудник лаборатории постгеномных исследований Всероссийского института генетических ресурсов растений имени Н.И.Вавилова, кандидат биологических наук
Младший научный сотрудник лаборатории мониторинга генетической эрозии растительных ресурсов ФГБНУ «Федеральный исследовательский центр Всероссийский институт генетических ресурсов растений им. Н.И. Вавилова»
Директор Всероссийского института генетических ресурсов растений имени Н.И. Вавилова, руководитель направления «Биология и биотехнология растений» Научного центра генетики и наук о жизни Университета «Сириус», руководитель направления «Агропромышленные и биотехнологии» проектной программы конкурса «Большие вызовы», профессор РАН, доктор биологических наук
Зав.отделом Всероссийского института генетических ресурсов растений им.Н.И.Вавилова, кандидат биологических наук
Научный сотрудник лаборатории экспериментальной валидации мишеней компании «Биокад»
Старший научный сотрудник Всероссийского института генетических ресурсов растений имени Н.И.Вавилова, кандидат биологических наук
4. Первые шаги в изучении генома борщевика.
6. Получение home-made фермента транспозазы Tn5.
Описание проектов
1. Изучение адаптивного потенциала и генетической структуры популяций редких и исчезающих видов растений
Руководитель проекта: Коротков О.И., Герасимчук В.Н.
Аннотация: бурное развитие хозяйственной деятельности человечества приводит к стремительному сокращению ареалов распространения и полному исчезновению многих видов растений. В связи с этим особенно остро встает проблема их изучения, сохранения и поддержания как in situ, так и ex situ и in vitro.
В данном проекте изучение редких видов предполагается проводить по двум направлениям:
* Генетический мониторинг. Генофонд вида как целого складывается из генотипов отдельных растений, распределенных в популяциях, формирующих вид. Сохранить вид – значит сохранить все то генетическое разнообразие (или большую его часть), которое существует в его пределах. Поскольку поддерживать вид в коллекциях, а зачастую и в природе в полном объеме популяций не представляется возможным, то для того, чтобы сохранить максимальное разнообразие в относительно небольшой выборке индивидуальных растений (сформировать core – коллекцию), необходимо иметь представление о генетической структуре данного вида и его адаптивном потенциале.
* Изучение внутренней деструкции древесины методом ультразвуковой томографии, адаптивный потенциал древесных растений — предел их устойчивости к неблагоприятным условиям окружающей среды. В современных условиях деревья подвергаются регулярному негативному воздействию комплекса факторов, таких как: энтомовредители, фитопатогены, химическое загрязнение почвы и воздуха, экстремальные температуры воздуха. В результате чего жизненные параметры деревьев как in situ, так и ex situ значительно снижаются. Одним из наиболее важных признаков снижения адаптивного потенциала у деревьев является формирование деструктивных процессов в древесине. Для выявления внутренних деструкций древесины используется метод ультразвуковой томографии с применением импульсного томографа ARBOTOM ABT05-S. В качестве излучателей и приемников в данном приборе используются закрепляемые с внешней стороны ствола исследуемого дерева многофункциональные сенсоры. Специальное программное обеспечение рассчитывает измеряемые параметры и представляет их на мониторе ноутбука в виде цветного графического изображения высокого качества. Это в свою очередь позволяет анализировать характер и степень деструкций в древесине и определять степень ослабления деревьев.
Разработка проекта: ФГБУН «НБС-ННЦ РАН».
2. Разработка системы генотипирования полиморфных вариантов генов, ассоциированных со свойствами молока крупного рогатого скота
Руководитель проекта: Воронина Е.Н.
Аннотация: современная геномная и маркерная селекция позволяет ускорить процесс качественного улучшения молочных стад крупного рогатого скота. Однако молекулярные механизмы образования молочной продуктивности крупного рогатого скота остаются не до конца изученными. У интродуцированных пород крупного рогатого скота, разводимых в других климатических и кормовых условиях, можно выявить иные маркеры, связанные высокой молочной продуктивностью. В связи с чем проверка эффективности генетических маркеров, выявленных зарубежными исследователями в условиях отдельно взятого региона, является актуальной.
Целью данного проекта будет разработка тест-системы для выявления наиболее актуальных маркеров, ассоциированных со свойствами молока, которую в дальнейшем можно будет использовать в племенных хозяйствах для селекционного отбора.
Разработка проекта: Институт химической биологии и Фундаментальной медицины СО РАН; СУНЦ НГУ.
3. Расшифровка генома дикорастущего предка культурного винограда методом секвенирования на нанопорах
Руководитель проекта: Ульянич П.С.
Соруководитель проекта: Григорьева Е.А.
Аннотация: проект предлагает расшифровать полную последовательность генома дикого винограда Vitis vinifera subsp. sylvestris Gmel. Этот вид является родоначальной формой культурного винограда, который сохранился с третичного периода и сейчас произрастает от Туркмении до Пиренейского полуострова. ВИР располагает образцами этого вида, собранными в экспедициях по Кавказу, которые возможно использовать для геномного анализа. Современные технологии высокопроизводительного секвенирования позволяют прочитать последовательности ДНК всего генома любого живого организма за несколько суток. В ходе проекта планируется использовать технологии секвенирования Oxford Nanopore Technologies. Полногеномная последовательность дикорастущего предка культурного винограда будет сопоставлена с расшифрованным геномом культурного вида Vitis vinifera L. В результате планируется установить, как процесс доместикации (одомашнивания) повлиял на структуру генома современного культурного винограда. Проект даст представление участникам о современных возможностях геномного анализа, современных методах секвенирования генома и биоинформатической обработки данных.
Разработка проекта: Всероссийский институт генетических ресурсов растений имени Н.И. Вавилова.
4. Первые шаги в изучении генома борщевика
Руководитель проекта: Стрыгина К.В.
Аннотация: гигантские борщевики, в число которых входят борщевик Сосновского (Heracleum sosnowskyi Manden.) и борщевик Мантегацци (H. mantegazzianum Somm. et Lev.), в последние десятилетия активно расселяются за пределы своего естественного ареала, находящегося на территории Кавказа, Закавказья, Дагестана. В настоящее время борщевик как адвентивное растение интенсивно распространяется во многих регионах нашей страны, вытесняя естественную растительность. Для ликвидации инвазионных популяций борщевика и предотвращения его экспансии на территории России необходимо всестороннее изучение аборигенного и адвентивного генофонда данного растения. Однако к настоящему моменту ядерный геном борщевика не прочитан, что затрудняет многие исследовательские работы.
В данном проекте предлагается провести сравнение генофонда популяций борщевика на северной и северо-западной границах его расселения (Мурманская, Ленинградская области) и в пределах естественного ареала (Краснодарский край). Изучение борщевика предполагается проводить с двух сторон: (1) характеристика фенотипа и ареала исследуемых объектов и (2) молекулярно-генетический анализ отобранных образцов борщевика. В результате данной работы впервые будут получены данные, которые позволят изучить филогенетические отношения внутри рода Heracleum, с одной стороны, и разработать в дальнейшем эффективные методы борьбы с борщевиком, с другой.
Разработка проекта: Федеральный исследовательский Центр Всероссийский институт генетических ресурсов растений имени Н.И. Вавилова.
5. Стрессы против растений: предсказание генов устойчивости к абиотическим стрессам сельскохозяйственных видов растений методами системной биологии
Руководитель проекта: Дорошков А.В.
Соруководитель проекта: Самарина Л.С.
Аннотация: низкая устойчивость сельскохозяйственных культур к засухе и холоду является одной из причин плохого урожая. В связи с этим одной из ключевых задач биологии является поиск и описание генов отвечающих за устойчивость растений к этим факторам. Выявление ключевых генов стрессоустойчивости являются важным заделом для дальнейшего выведения новых сортов. Однако большинство генов известных на данный момент выявлены у модельных растений, которые не являются сельскохозяйственно значимыми и не могут быть непосредственно использованы селекционерами.
Данный проект нацелен на поиск и сопоставление генов стрессоустойчивости между модельными растений и не модельными, сельскохозяйственно важным культурами. В работе будут использованы различные методы системной биологии: от ассоциированных терминов до анализа полногеномных данных экспрессии и эволюционных характеристик. В результате работы будут составлены списки ортологичных генов для широкого круга растений. Для перспективных генов будет описан профиль экспрессии в стрессовых условиях и определен момент их появления. Также на основании доступных баз данных будет составлена сеть взаимодействий между генами. Таким образом будет реализован комплексный подход к изучению генов стресса растений и выявлены гены-кандидаты для последующей селекции устойчивых сортов. Особое внимание будет уделено изучению биоинформатическими методами генов устойчивости к засухе и холоду С. sinensis, который является важнейшей сельскохозяйственной культурой для Краснодарского края. Экспериментальная оценка предсказанных генов, влияющих на морозостойкость сортов чая, будет проведена с использованием образцов чая коллекции ВНИИЦиСК совместно с представителями этого института. Это будет важным шагом для интенсификации селекционных программ и выведения сортов чая с повышенной морозостойкостью.
Разработка проекта: ФИЦ Институт Цитологии и генетики СО РАН; ФГБНУ НИИ цветоводства и субтропических культур.
6. Получение home-made фермента транспозазы Tn5
Руководитель проекта: Гурина Н.Н.
Соруководители проекта: Кошкарева К.А., Шеуджен Т.М.
Аннотация: ферменты генетической инженерии – это ферменты, позволяющие проводить различные манипуляции с молекулами ДНК: разрезать в определенных местах, соединять различные по происхождению фрагменты, синтезировать новые, не существующие в природе последовательности, и т.д. К числу таких ферментов относятся ДНК– и РНК-полимеразы, обратные транскриптазы, обеспечивающие воспроизведение молекул нуклеиновых кислот в клетке; ДНК-метилтрансферазы, ответственные за присоединение к ДНК метильных групп; эндонуклеазы рестрикции, способные узнавать специфические последовательности нуклеотидов в ДНК и разрезать ДНК в определенных местах; ферменты репарации, исправляющие ошибки (мутации) в ДНК, ДНК-лигазы, сшивающие нити ДНК и т.д.
Процесс получения ферментов является сложным и многоэтапным процессом и затрагивает различные области биологической науки: генетику, биохимию, молекулярную биологию.
В данном проекте предлагается получить home-made фермент для применения в ежедневных лабораторных работах в области молекулярной биологии и генетической инженерии.
Разработка проекта: ЗАО «Биокад», департамент молекулярной генетики и клеточной биологии.
