Как сибирские генетики редактируют геном пшеницы

В ноябре прошлого года Институт цитологии и генетики СО РАН вошел в состав Курчатовского геномного центра - одного из трех отечественных центров геномных исследований мирового уровня, созданных в рамках нацпроекта "Наука". За это время новосибирские генетики представили пять проектов, которые должны получить федеральное финансирование. В первую очередь они направлены на повышение эффективности создания новых сортов растений, в том числе за счет внедрения высоких технологий и нейронных сетей.

По словам министра науки и инновационной политики Новосибирской области Алексея Васильева, бюджетные субсидии составляют лишь десять-двадцать процентов от общего объема финансирования геномных исследований. Основная же ставка делается на сотрудничество с индустриальными партнерами, которые испытывают реальную потребность в результатах работы ученых. В целом реализация подготовленных в регионе проектов потребует около миллиарда рублей.

Специалисты ИЦиГ СО РАН сосредоточились на создании новых генетических линий пшеницы, ячменя и картофеля с заданными свойствами. Они будут гораздо более устойчивыми к болезням и изменению климатических условий, удобными для переработки на предприятиях пищевой промышленности. Прежде всего речь идет о маркерной селекции и геномном редактировании. А чтобы многократно увеличить эффективность этой работы, генетики трудятся над внедрением цифровых технологий.

- Селекция высокопроизводительных сортов начинается с того, что мы должны выявить и оценить вариабельность важнейших признаков в той или иной популяции, - поясняет ведущий научный сотрудник Курчатовского геномного центра ИЦиГ СО РАН Дмитрий Афонников. - Ранее это была очень трудоемкая работа: параметры измеряли с помощью обычной линейки или вовсе на глаз. Теперь мы развиваем передовые технологии, которые позволят оценивать фенотип растений, урожайность, продуктивность. Разрабатываемые нами компьютерные технологии повысят эффективность фенотипирования в сотни и даже тысячи раз.

Благодаря работе новосибирских генетиков селекционерам не нужно будет делать замеры вручную - достаточно сфотографировать колос на обычный смартфон, а программа оценит растение по различным параметрам.

- Это не просто повышает производительность работы селекционера, - подчеркивает Дмитрий Афонников, - компьютерные методы исключают субъективизм, человеческий фактор и не требуют особой квалификации. Неважно, кто работает над задачей - студент или доктор наук, - все выполняют нейронные сети. Точный ответ будет в любом случае, независимо от опыта человека. Для измерения большинства признаков достаточно одной фотографии: сделал снимок и забыл. Он ушел в базу данных, поступил в обработку. Эти технологии могут быть использованы широким кругом исследователей.

Одним из первых примеров оптимизации труда селекционеров стало открытое мобильное приложение, созданное специалистами ИЦиг СО РАН для оценки размеров, формы и других характеристик зерен пшеницы. Чтобы определить урожайность растения, достаточно высыпать зерна из колоса на белый фон и сделать снимок. Данные обрабатываются и формируются в файл, в удобную таблицу.

- Мы активно продвигаем свои методы и сотрудничаем с селекционными компаниями, - отмечает руководитель отделения "Курчатовский геномный центр ИЦиГ СО РАН" Елена Салина. - В рамках договорных отношений взаимодействуем с коммерческим сектором, семеноводческими предприятиями по тем темам, которые их интересуют. Кроме того, у ИЦиГ есть филиал - Сибирский НИИ растениеводства и селекции. Мы передаем ему наши разработки, а дальше идет работа с покупателями зерна.