Улучшение и сравнительный анализ геномов семейства Felidae с помощью новых технологий секвенирования

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 17-14-01138

НазваниеУлучшение и сравнительный анализ геномов семейства Felidae с помощью новых технологий секвенирования

Руководитель О’Брайен Стефан Джеймс, кандидат наук (признаваемый в РФ PhD)

Организация финансирования, регион федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный университет" , г Санкт-Петербург

Конкурс №18 - Конкурс 2017 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 04 - Биология и науки о жизни; 04-201 - Структурная, функциональная и эволюционная геномика

Ключевые слова геномика, геномика кошачьих, сравнительная геномика, современные методы секвенирований, сборка геномов, аннотация генома

Код ГРНТИ34.15.23

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Домашние кошки находятся под пристальным ветеринарным надзором, благодаря которому удалось описать более 250 генетических заболеваний, аналогичных человеческим. Кошачьи инфекции являются мощными естественными моделями для изучения смертельных человеческих заболеваний, включая кошачий вирус иммунодефицита (FIV), кошачьи вирусы саркомы и лейкемии. Наличие обширной ветеринарной литературы, посвященной кошачьим патогенам и заболеваниям, с учетом высокой степени консервативности предкового генома млекопитающих превращает геном домашней кошки в крайне информативный ресурс, позволяющий решать самые разнообразные биомедицинские, физиологические и эволюционные задачи. Некоторое время назад мы опубликовали обновленную аннотацию генома домашней кошки по кличке Корица из Колумбии (штат Миссури, США), результаты бисульфитного и геномного секвенирования кота Бориса из г. Санкт-Петербург (Россия), а также совместно с нашими коллегами из других стран собрали образцы ДНК, отсеквенировали и собрали геномы 12 из 37 различных представителей различных видов семейства кошачьих. В настоящее время референсная сборка генома домашней кошки содержит большое количество пробелов (“gaps”), неопределенностей и ошибок сборки, что вызывает трудности при подготовке качественной аннотации характерных особенностей генома как домашней кошки, так и других представителей семейства кошачьих. За последний год был достигнут огромный прогресс в методах секвенирования нового поколения (NGS), включая скаффолдинг с помощью прыжковых парных библиотек, технологии длинных ридов, технологии компартментализации отдельных молекул с последующим баркодингом, технологии хроматических взаимодействий (Hi-C) и технологии оптического картирования. В совокупности эти новые технологии сделали возможным создание качественно новых de novo сборок геномов млекопитающих, которые не уступают по качеству геному человека и включают скаффолды, соответствующие плечам хромосом, а также содержат существенно меньшее количество несобранных участков, в основном находящихся в областях гетерохроматина. Наш проект состоит из трех основных частей. В первой части мы предлагаем применить самые современные методы для de novo секвенирования и сборки нескольких видов геномов кошачьих. Мы собираемся использовать длинные риды для формирования контигов, короткие риды для валидации сборки, оптические и хроматиновые взаимодействия для скаффолдинга. По первым полученным результатам применения новых технологий мы можем полагать, что они дадут доступный, недорогой и надежный способ de novo сборок геномов до хромосом, которые приведут к значительному улучшению всей последующей аннотации. Во второй части мы собираемся провести аннотацию полученных геномов на основе современного пайплайна, разработанного в нашей лаборатории для изучения геномов позвоночных в рамках проекта Genome 10K. Этот пайплайн будет расширен путем добавления большего количества новых функциональных возможностей, включая подробную аннотацию повторов, аннотацию генов с использованием мультифакторного анализа (учитывающего на данные транскриптомов, гомологии белков и генов, а также синтении генов), аннотацию некодирующей РНК, генетических вариантов генов, находящихся под отбором, и анализ популяционной истории. В третьей части нашего исследования мы планируем использовать полученные высококачественные геномные сборки и их аннотации для сравнительного исследования геномов домашней кошки и других видов кошачьих. Это сравнительное исследование позволит выявить структурную организацию геномов, что послужит дополнительным источником как для создания более точной эволюционной и биомедицинской модели, так для понимания конкретных наследственных факторов, находящихся в основе свершившихся хищнических, пищеварительных, сенсорных и поведенческих адаптаций, произошедших за последний 10 миллионов лет адаптации и распространения семейства кошачьих.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Харпер Ц., Лудвиг А., Кларке А., Макгопела К., Юрченко А., Гутхрие А., Добрынин П., Тамазян Г., Копфли К.П., Томпсон П., О’Брaйен С. и др. Robust forensic matching of confiscated horns to individual poached African rhinoceros Current Biology, 28(1):R13-R14 (год публикации - 2018)
10.1016/j.cub.2017.11.005

2. Лиу Ю, Дрисколл К, Миквеллу Д, Ксу К, Мартелли П, Уфыркина О, Смит Дж, О’Брaйен С, Луо С Genome-Wide Evolutionary Analysis of Natural History and Adaptation in the World’s Tigers Current Biology, VOLUME 28, ISSUE 23, P3840-3849.E6 (год публикации - 2018)
10.1016/j.cub.2018.09.019

3. Недда Ф Сареми, Меган А Суппле, Ашлей Бйрне, Жамес А Сахилл, Луиз Лехманн Соутинхо, Лове Дален, енрике В. Фигуейро, Уоррен Е. Джонсон, Хеатхер Ж Милне, Стефан О'Брайен, Брендан О'Соннелл, и др. Mountain lion genomes provide insights into genetic rescue of inbred populations bioRxiv (год публикации - 2018)
10.1101/482315

4. Руи Боргес, Уоррен Е. Джонсон. Стефан Дж. О'Брайен. Сидлиа Гомес. Схристопхер П. Хеесий и Агостинио Антунес Adaptive genomic evolution of opsins reveals that early mammals flourished in nocturnal environments BMC Genomics, 19:121 (год публикации - 2018)
10.1186/s12864-017-4417-8

5. Стефен О'Брайен, Гайк Тамазян, Алексей Комиссаров, Павел Добрынин, Ксения Крашенинникова, Сергей Кливер, Николай Черкасов, Клаус-Петер Копфли A Moving Landscape for Comparative Genomics in Mammals Comparative cytogenetics, 12(3):299-360 (год публикации - 2018)
10.3897/CompCytogen.v12i3.27748

6. Фигуеир Х.В., Ли Г., Триндаде Ф.Й., Ассис Й., Паис Ф., Фернандес Г., Сантос С.Х.Д., Хугхес Г.М., Комиссаров А., О’Брайен С.Д. и др. Genome-wide signatures of complex introgression and adaptive evolution in the big cats Science Advances, Vol. 3, no. 7, e1700299 (год публикации - 2017)
10.1126/sciadv.1700299

7. Харпер Ц., Лудвиг А., Кларке А., Макгопела К., Юрченко А., Гутхрие А., Добрынин П., Тамазиан Г., Коепфли К.П., Тхомпсон П., О’Брaйен С. и др. Robust forensic matching of confiscated horns to individual poached African rhinoceros Current Biology, 28, R1–R3 (год публикации - 2018)
10.1016/j.cub.2017.11.005

8. О'Брaйен С.Д., Йохнсон В.Е., Дрисцолл Ц.А., Добрынин П., Маркер Л. Conservation Genetics of the Cheetah: Lessons Learned and New Opportunities JOURNAL OF HEREDITY, Volume: 108 Issue: 6 Pages: 671-677 (год публикации - 2017)
10.1093/jhered/esx047

Публикации