Заседание семинара "Общеинститутский семинар" 25.10.2022 в 15-00. "Компьютерные методы высокопроизводительного фенотипирования растений", Афонников Дмитрий Аркадьевич

Подавляющее большинство селекционно важных признаков растений, таких как урожайность, биомасса растения, устойчивость к стрессу и заболеваниям контролируются множеством генов. Основная идея поиска генов (локусов количественных признаков, QTL), контролирующих такие признаки, заключается в выявлении ДНК-маркеров, которые статистически связаны с уровнем фенотипического проявления исследуемого признака.

Эффективность и точность этих метолов зависит от размера анализируемой выборки, который может достигать тысяч растений. Технологии секвенирования ДНК позволяют недорого и быстро прочитывать последовательности как полных геномов индивидуальных организмов, так и отдельных генов. Одним из узких мест в настоящее время является измерение фенотипических параметров растения и до недавнего времени было трудоемким, неавтоматизированным и зачастую базировалось на субъективных оценках фенотипа экспертами. Все это препятствовало эффективной оценке фенотипа для тысяч растений. Попытки решить эту проблему привели к формированию новой области науки на стыке биологии, информатики и инженерии - феномики.

Целью работы является создание методов высокопроизводительного компьютерного фенотипирования растений на основе анализа цифровых изображений для оценки характеристик опушения листа, размера, формы и цвета зерен, формы колоса и анализ на этой основе взаимосвязи признаков фенотипа растений с генотипом и ответом на воздействие окружающей среды.

Задачи, поставленные для достижения указанной цели, включали:
1. Разработку комплекса методов для компьютерного фенотипирования опушения листьев пшеницы и анализ для сортов и линий мягкой пшеницы и ее сородичей разнообразия опушения, взаимосвязи между характеристиками опушения, аллельным состоянием генов, контролирующих развитие трихом и физиологическим ответом растений на засуху.
2. Модификацию методов фенотипирования опушения листа для картофеля и табака и анализ количественных характеристик опушения для линий табака с модификацией гена пролиндегидрогеназы и для российских сортов картофеля.
3. Разработку комплекса методов для фенотипирования зерен пшеницы, оценки для них характеристик размера, формы и цвета оболочки и поиск связи между характеристиками зерен пшеницы, локусами количественных признаков, длительностью хранения в генбанке и всхожестью.
4. Разработку комплекса методов фенотипирования колосьев пшеницы для оценки количественных характеристик формы, размера, остистости и определение на основе морфологических параметров колоса его типа и плотности.
5. Разработку баз данных для сбора, хранения фенотипических данным пшеницы и доступа к ним.