圣彼得堡国立大学举办了第五届“生物信息:从算法到应用”国际大会 (Bioinformatics: from Algorithms to Applications, 即 BiATA 2021),该会议由圣彼得堡国立大学生物信息和算法生物技术中心每年举行一次。

“今年,俄罗斯科学家们做了很多有趣的重要报告,这说明生物信息学正积极融入俄罗斯科学界,我们科学家的竞争力也有了提升。而过去主要是外国学者积极参会。需要指出的是,俄罗斯国内的参会者范围也有了明显扩大。除了圣彼得堡和莫斯科之外,还有来自新西伯利亚、特维尔、乌发以及其他城市的学者。我们的会议在疫情的情况下仍然坚持了下来,这是非常重要的,因为BiATA是圣彼得堡唯一一个,也是国内为数不多的此类会议之一”,BiATA2021组委会主席阿拉·拉皮杜斯指出。

圣彼得堡国立大学教授、生物学博士塔季亚娜·马特维耶娃在会议上做了题为“下一代测序(NGS)数据如何帮助我们发现并研究天然的转基因植物”的报告。

天然的转基因植物是在几百万年前经过农杆菌转化过的一类植物。农杆菌能够利用基因的水平转移,也就是说它们可以让自己DNA中的一小部分(Ti质粒中的T-DNA)进入植物细胞。

生物学家讲述了目前在基因组中包含以前属于农杆菌DNA片段的植物,它们还会将这一基因信息一代传一代。比如,这类植物包括Nicotiana(烟草)、Ipomea(红薯就属于这类植物)、Linaria(药用植物柳穿鱼)等30 多种野生和人工培育的植物品种。

农杆菌基因的转移在目前已成为获得商业转基因作物的最普遍的方法。尽管转基因作物是使用基因水平移动的“自然”技术而生成的,但还是会因为其“非天然性”而受到批评。

圣彼得堡国立大学教授认为,天然转基因植物是研究转基因作物推广后果的关键。它们可以帮助我们了解人工培育的转基因植物经过很长一段时间后会发生什么,弄清楚一些植物群种基因组中所保留的T-DNA片段的功能。

圣彼得堡国立大学基因学和生物技术教研室高级研究员瓦尔瓦拉·特瓦拉戈娃在会上做了题为“植物体细胞胚胎发生调节因子的搜寻”的报告。该研究在圣彼得堡国立大学教授柳德米拉·鲁托娃娅的知道下进行。

体细胞胚胎发生是植物再生的一种方法。在这一过程中,植物性细胞生成植物胚胎,而植物胚胎有可能生长成新的植物。这种过程在植物生物技术中用于基因组的改造以及育种。植物生成体外胚胎的能力由栽培环境以及其基因型所决定。因此,对调节这一过程的基因进行研究能够帮助我们在刺激体细胞胚胎发生时形成更有效的记录

“我们将豆科植物Medicago truncatula作为模型,在对因子转录进行编码的WUSCHEL-related homeobox (WOX) 和nuclear factor Y (NF-Y)科的基因中,以及对肽激素进行编码的CLAVATA3/Embryo Surrounding Region (CLE)基因中寻找体胚胎细胞发生的调节因子”,瓦尔瓦拉·特瓦拉戈娃指出。

圣彼得堡国立大学的科学家成功发现,在进行超表达的情况下,WOX科中的MtWOX9-1和STENOFOLIA基因能够刺激Medicago truncatula植物中的体细胞胚胎发生。基因表达是指将来自基因的遗传信息合成功能性基因产物,比如RNA和蛋白质的过程。超表达是转基因或重组生物体中某个基因远超正常水平的表达。经过剪接后丧失了MtWOX9-1功能的植物将会对花朵和过时的生长产生破坏。这种基因在胚胎发生中的作用也简介证实了这一点。

我们还在CLE基因中发现了体细胞胚胎发生的潜在抑制因子,可以将其作为潜在靶标进行剪接,来达到获得具备高再生能力植物的目标。

圣彼得堡国立大学基因学和生物技术教研室高级研究员瓦尔瓦拉·特瓦拉戈娃

塔季亚娜·马特维耶娃和瓦尔瓦拉·特瓦拉戈娃的团队是未来农业技术国际科学中心的一部分。该中心于2020年在国家项目“科学”的框架下建设。除了圣彼得堡国立大学外,共同参与中心建设的还有俄罗斯国家农业大学、莫斯科季米里亚泽夫农业学院、俄罗斯国家科学院生物技术基础联邦研究中心、信息学和控制学联邦研究中心、全俄农业微生物学研究所、道库恰耶夫土壤学研究所以及瓦韦洛夫全俄植物遗传资源研究所。

2021年,BiATA通过线上的方式进行。参会者来自法国、德国、葡萄牙、巴西、智利、美国、韩国、捷克、印度、英国、埃及、白俄罗斯、泰国和菲律宾。

学校的科学家在研究过程中分析了基因组在寄生扁虫、吸虫不同的生命周期阶段以及雌性寄生根头甲壳类动物身体的不同部位是如何工作的。圣彼得堡国立大学动物学和无脊椎动物教研室初级研究员马克西姆·涅斯捷连科在会上对此做了报告。涅斯捷连科指出,吸虫的主要特征之一是其复杂的生命周期。在生命周期中,扁虫会发生有性世代的有序更替。其中,每个世代都具备特殊的个体发生(生物体的个体发展。

和吸虫不同,根头甲壳纲的生命周期非常简单,只有一代。但是雌性寄生虫的身体在进化中的变化非常大,就像是带有专门区域的植物根部系统一样。为了更加深入理解吸虫生命周期的各个阶段和根头甲壳纲身体各部位之间的分子区别,研究人员使用了植物地层学和进化转录组学的方法,这样就能够对生物体进化不同阶段出现的基因组别的工作记性描述。根据分析结果可以发现所对比的样本之间在“新”和“旧”基因活性上显著的统计学差别。“我们同时还对转录组年龄指数进行解释”,马克西姆·涅斯捷连科强调。他还补充道,一部分数据是在圣彼得堡国立大学计算中心进行分析的,而所得到的的研究数据将作为他副博士论文的基础。

圣彼得堡国立大学生物信息和算法生物技术中心的初级研究员伊万·托尔斯托加诺夫对新的BinSPreader工具进行了讲解。他指出,为了研究无法培育的微生物群落,往往需要对宏基因组进行分析。宏基因组测序数据分析中的一个重要部分是分档,即把重叠群分成与不同生物体相符的组别。

“通常来说,现在的分档工具无法正确地将包含有益信息的较短核苷酸序列进行分类,比如抗生素耐药性基因或者菌株之间的变异基因”,伊万·托尔斯托加诺夫解释说。

我们所研发的工具是用于提高分档质量,能够显著补充短序列的分类,还能修正原始分档中序列数据分类的错误。

圣彼得堡国立大学生物信息学和算法生物技术中心初级研究员伊万·托尔斯托加诺夫

在他做完报告后,圣彼得堡国立大学生物信息学和算法生物技术中心收到了关于获取beta版本的BinSPreader的需求。

阿拉·伊沃夫娜还补充说,圣彼得堡国立大学生物信息学和算法生物技术中心与世界三大中心之一的欧洲生物信息研究所(EMBL-EBI)有着积极合作。“该中心得到世界的认可”,BiATA 2021会议组委会主席强调。

会议举行期间还举办了通过MGnify分析宏基因组采集的讲习班,其主要目的是让研究人员学会在宏基因组数据分析创新平台MGnify上如何进行操作,这是由世界一流的生命和生物信息中心之一的欧洲生物信息研究所(EMBL-EBI)与圣彼得堡国立大学生物信息和算法生物技术中心共同研发的。