ОСНАЩЕНИЕ И УСЛУГИ ДЛЯ НАУЧНЫХ ЛАБОРАТОРИЙ
Html code will be here
Агрогенетика на службе сельского хозяйства:
NGS для агробизнеса
Агрогенетика на службе сельского хозяйства
Современное сельское хозяйство всё активнее обращается к достижениям геномики. Агрогенетика – применение геномных технологий для улучшения сельскохозяйственных культур и животных – становится неотъемлемой частью селекционных программ. Если раньше селекционеры полагались только на фенотип (внешние признаки), то теперь на помощь пришёл ДНК-анализ, позволяющий целенаправленно выявлять нужные гены и отбирать наиболее перспективные линии. В этой сфере открылись новые возможности для коммерческих генетических лабораторий: предоставлять агрокомпаниям услуги секвенирования и генотипирования. Частные лаборатории, уже владеющие NGS для медико-генетических задач, могут расширить бизнес, предлагая агрогеномные сервисы – от секвенирования генома новой селекционной линии пшеницы до теста ДНК на породность племенного скота. Рассмотрим, какие именно услуги востребованы агросектором и как они реализуются на базе NGS.
Геномное секвенирование новых сортов и пород
Каждая новая линия растения или порода животного – результат многолетней селекции. Полное секвенирование генома такого образца даёт колоссальный объём информации, ценной для селекционеров и генетиков. Например, зная полную последовательность генома новой сорта пшеницы, учёные могут идентифицировать уникальные мутации, отличающие его от предшественников, выявить присутствие важных генов устойчивости к болезням или стрессам, проверить, нет ли нежелательных мутаций. Раньше секвенирование таких крупных геномов (геном пшеницы в разы больше человеческого) было почти невыполнимо, но с развитием NGS это становится рутинной задачей для специализированных лабораторий. Коммерческая лаборатория, обладающая мощным секвенатором, может взять на себя проект “геном нового сорта” под ключ. Обычно это включает: выделение ДНК, секвенирование (часто сочетание коротких и длинных прочтений, так как растительные геномы сложны из-за повторов), сборку генома и аннотацию генов. Результат – референсная последовательность, которую заказчик (агрофирма, НИИ сельского хозяйства) получает для дальнейшей работы. Примером может служить недавняя работа по секвенированию генома новой линии подсолнечника или скота – данные помогли понять генетическую основу повышенной масличности или скороспелости. Нередко такие проекты финансируются грантами или государственными программами, а выполнять их берутся коммерческие подрядчики с опытом NGS.
Маркер-ассистированная селекция (MAS) и генотипирование
Ещё более востребованной услугой является генотипирование по набору маркеров множества образцов. Селекционеры оперируют тысячами растений/животных в поколении, и им необходимо быстро определить, какие из них несут нужные аллели генов. Метод, позволяющий это делать – GBS (Genotyping-By-Sequencing) или таргетное секвенирование маркеров. Как это работает: из каждой особи берут листочек или другую ткань, выделяют ДНК, затем либо секвенируют определенные сайты (например, с помощью рестрикции и адаптеров в GBS) или амплифицируют панели SNP-маркеров. После NGS получают краткие чтения, которые показывают, какие аллели есть у каждой особи. Сопоставив с желаемым генотипом, селекционер отбирает лучших. Такая маркер-ассистированная селекция резко ускоряет выведение новых сортов, повышает эффективность отбора. Для лаборатории это означает возможность заключить контракт на обработку сотен или тысяч образцов. Обычно разработаны стандартные протоколы: например, GBS с определённым энзимом, дающим оптимальное число фрагментов для данного вида. Коммерческие сервисы предлагают генотипирование пшеницы, сои, крупного рогатого скота и т.п. с выдачей результатов по сотням SNP. Конечно, необходимы высокая автоматизация (роботы для экстракции ДНК из листьев, многоканальные пипетки) и продуманный биоинформационный pipeline для обработки миллионов прочтений и вывода генотипов.
Диагностика и контроль в агросекторе
NGS может быть полезно агробизнесу не только в селекции, но и в решении прикладных задач. Например, идентификация патогенов растений: если в поле появилось заболевание неясной природы, секвенирование образца пораженного листа на присутствующий микробный геном (метагеномный анализ) способно указать на виновника (гриб, бактерию, вирус). Лаборатория может предлагать услугу экспресс-анализа, что ценнее, чем ждать результата классической микробиологии. Аналогично, ветеринария – при вспышке инфекции у скота секвенирование может идентифицировать штамм (особенно если это что-то экзотическое). Ещё направление: контроль генетической аутентичности. Племенные хозяйства заинтересованы убедиться, что дорогой племенной бык имеет именно заявленное происхождение, без подмены. С помощью NGS-панели, охватывающей полиморфизмы, можно генетически «паспортизировать» ценное животное. Такие услуги сейчас оказывают, например, для лошадей, чтобы подтвердить родословную. Сюда же относится тестирование на наследственные дефекты у животных (например, у коров есть известные мутации, вызывающие генетические синдромы – лаборатория может их проверить).
Преимущества NGS в агросекторе
Применение секвенирования в сельском хозяйстве уже приносит ощутимые результаты. По данным отраслевых исследований, геномные технологии позволяют повысить эффективность селекции на 20–30% за цикл, снизить затраты на испытательные посевы, ускорить вывод новых сортов примерно на 2–3 года. В животноводстве использование геномной оценки быков (Genome-Wide Selection) повысило продуктивность поголовья заметными темпами. Так, в молочном скотоводстве благодаря геномной селекции ежегодный прирост по надою на корову вырос вдвое по сравнению с традиционной селекцией. Все это отражается и экономически: ожидается, что мировой рынок агрогеномики к 2030 году вырастет до 6,9 млрд долларов. Ключевые игроки отрасли – крупные генетические компании – уже делают ставку на генотипирование и секвенирование как на сервисы. Для коммерческой лаборатории сотрудничество с аграрным сектором означает выход на новый рынок с большим потенциалом. Причем, в отличие от медицинской диагностики, где требуется обязательная сертификация в Минздраве, геномные услуги для агро не так строго регулируются – это B2B сервисы.
Практические примеры и кейсы
Можно привести конкретные примеры успешной реализации агрогеномных услуг. В России уже были проекты по генотипированию сотен линий пшеницы в рамках программы ускоренной селекции – эти анализы выполнила коммерческая лаборатория при научном центре, применяя технику GBS. Результат: по данным ДНК удалось отобрать только носителей желаемых аллелей гена устойчивости к грибку, и на следующий этап селекции пошло меньше растений, но все с нужным генотипом, что сэкономило ресурсы и время. Другой кейс – секвенирование генома новой породы сельскохозяйственной рыбы. В результате был создан генетический паспорт породы, выявлены отличия, а также разработаны несколько ПЦР-тестов на определение чистопородности мальков (по уникальным SNP). Это защитило племенное хозяйство от подделок, поскольку теперь они могут проверять своих поставщиков на генетическую чистоту породы.
Агрогеномика – яркий пример того, как передовые биотехнологии выходят за пределы лабораторий и приносят реальную пользу в прикладных областях, таких как сельское хозяйство. Для коммерческих генетических лабораторий сотрудничество с агробизнесом – перспективное направление роста. Секвенирование геномов, массовое генотипирование, диагностика патогенов – все эти услуги находятся на стыке науки и производства, и спрос на них будет только увеличиваться, учитывая глобальные вызовы (необходимость повысить урожайность, устойчивость к изменениям климата, обеспечение продовольственной безопасности). Лаборатории, способные говорить с аграриями на одном языке и предоставлять им понятные и полезные данные, займут свою нишу в этом большом рынке. Тем более что государство также заинтересовано в развитии агротехнологий: возможны гранты, субсидии, национальные проекты, где геномные технологии – один из приоритетов.
Подводя итог, лаборатория с NGS, выходящая в агрогеномику, делает вклад не только в свой бизнес, но и в инновационное развитие сельского хозяйства. Секвенирование ДНК становится таким же инструментом аграриев, как трактор или комбайн – и те, кто первым предоставит этот инструмент массово, окажутся на вершине новой волны аграрного прогресса.
Современное сельское хозяйство всё активнее обращается к достижениям геномики. Агрогенетика – применение геномных технологий для улучшения сельскохозяйственных культур и животных – становится неотъемлемой частью селекционных программ. Если раньше селекционеры полагались только на фенотип (внешние признаки), то теперь на помощь пришёл ДНК-анализ, позволяющий целенаправленно выявлять нужные гены и отбирать наиболее перспективные линии. В этой сфере открылись новые возможности для коммерческих генетических лабораторий: предоставлять агрокомпаниям услуги секвенирования и генотипирования. Частные лаборатории, уже владеющие NGS для медико-генетических задач, могут расширить бизнес, предлагая агрогеномные сервисы – от секвенирования генома новой селекционной линии пшеницы до теста ДНК на породность племенного скота. Рассмотрим, какие именно услуги востребованы агросектором и как они реализуются на базе NGS.
Геномное секвенирование новых сортов и пород
Каждая новая линия растения или порода животного – результат многолетней селекции. Полное секвенирование генома такого образца даёт колоссальный объём информации, ценной для селекционеров и генетиков. Например, зная полную последовательность генома новой сорта пшеницы, учёные могут идентифицировать уникальные мутации, отличающие его от предшественников, выявить присутствие важных генов устойчивости к болезням или стрессам, проверить, нет ли нежелательных мутаций. Раньше секвенирование таких крупных геномов (геном пшеницы в разы больше человеческого) было почти невыполнимо, но с развитием NGS это становится рутинной задачей для специализированных лабораторий. Коммерческая лаборатория, обладающая мощным секвенатором, может взять на себя проект “геном нового сорта” под ключ. Обычно это включает: выделение ДНК, секвенирование (часто сочетание коротких и длинных прочтений, так как растительные геномы сложны из-за повторов), сборку генома и аннотацию генов. Результат – референсная последовательность, которую заказчик (агрофирма, НИИ сельского хозяйства) получает для дальнейшей работы. Примером может служить недавняя работа по секвенированию генома новой линии подсолнечника или скота – данные помогли понять генетическую основу повышенной масличности или скороспелости. Нередко такие проекты финансируются грантами или государственными программами, а выполнять их берутся коммерческие подрядчики с опытом NGS.
Маркер-ассистированная селекция (MAS) и генотипирование
Ещё более востребованной услугой является генотипирование по набору маркеров множества образцов. Селекционеры оперируют тысячами растений/животных в поколении, и им необходимо быстро определить, какие из них несут нужные аллели генов. Метод, позволяющий это делать – GBS (Genotyping-By-Sequencing) или таргетное секвенирование маркеров. Как это работает: из каждой особи берут листочек или другую ткань, выделяют ДНК, затем либо секвенируют определенные сайты (например, с помощью рестрикции и адаптеров в GBS) или амплифицируют панели SNP-маркеров. После NGS получают краткие чтения, которые показывают, какие аллели есть у каждой особи. Сопоставив с желаемым генотипом, селекционер отбирает лучших. Такая маркер-ассистированная селекция резко ускоряет выведение новых сортов, повышает эффективность отбора. Для лаборатории это означает возможность заключить контракт на обработку сотен или тысяч образцов. Обычно разработаны стандартные протоколы: например, GBS с определённым энзимом, дающим оптимальное число фрагментов для данного вида. Коммерческие сервисы предлагают генотипирование пшеницы, сои, крупного рогатого скота и т.п. с выдачей результатов по сотням SNP. Конечно, необходимы высокая автоматизация (роботы для экстракции ДНК из листьев, многоканальные пипетки) и продуманный биоинформационный pipeline для обработки миллионов прочтений и вывода генотипов.
Диагностика и контроль в агросекторе
NGS может быть полезно агробизнесу не только в селекции, но и в решении прикладных задач. Например, идентификация патогенов растений: если в поле появилось заболевание неясной природы, секвенирование образца пораженного листа на присутствующий микробный геном (метагеномный анализ) способно указать на виновника (гриб, бактерию, вирус). Лаборатория может предлагать услугу экспресс-анализа, что ценнее, чем ждать результата классической микробиологии. Аналогично, ветеринария – при вспышке инфекции у скота секвенирование может идентифицировать штамм (особенно если это что-то экзотическое). Ещё направление: контроль генетической аутентичности. Племенные хозяйства заинтересованы убедиться, что дорогой племенной бык имеет именно заявленное происхождение, без подмены. С помощью NGS-панели, охватывающей полиморфизмы, можно генетически «паспортизировать» ценное животное. Такие услуги сейчас оказывают, например, для лошадей, чтобы подтвердить родословную. Сюда же относится тестирование на наследственные дефекты у животных (например, у коров есть известные мутации, вызывающие генетические синдромы – лаборатория может их проверить).
Преимущества NGS в агросекторе
Применение секвенирования в сельском хозяйстве уже приносит ощутимые результаты. По данным отраслевых исследований, геномные технологии позволяют повысить эффективность селекции на 20–30% за цикл, снизить затраты на испытательные посевы, ускорить вывод новых сортов примерно на 2–3 года. В животноводстве использование геномной оценки быков (Genome-Wide Selection) повысило продуктивность поголовья заметными темпами. Так, в молочном скотоводстве благодаря геномной селекции ежегодный прирост по надою на корову вырос вдвое по сравнению с традиционной селекцией. Все это отражается и экономически: ожидается, что мировой рынок агрогеномики к 2030 году вырастет до 6,9 млрд долларов. Ключевые игроки отрасли – крупные генетические компании – уже делают ставку на генотипирование и секвенирование как на сервисы. Для коммерческой лаборатории сотрудничество с аграрным сектором означает выход на новый рынок с большим потенциалом. Причем, в отличие от медицинской диагностики, где требуется обязательная сертификация в Минздраве, геномные услуги для агро не так строго регулируются – это B2B сервисы.
Практические примеры и кейсы
Можно привести конкретные примеры успешной реализации агрогеномных услуг. В России уже были проекты по генотипированию сотен линий пшеницы в рамках программы ускоренной селекции – эти анализы выполнила коммерческая лаборатория при научном центре, применяя технику GBS. Результат: по данным ДНК удалось отобрать только носителей желаемых аллелей гена устойчивости к грибку, и на следующий этап селекции пошло меньше растений, но все с нужным генотипом, что сэкономило ресурсы и время. Другой кейс – секвенирование генома новой породы сельскохозяйственной рыбы. В результате был создан генетический паспорт породы, выявлены отличия, а также разработаны несколько ПЦР-тестов на определение чистопородности мальков (по уникальным SNP). Это защитило племенное хозяйство от подделок, поскольку теперь они могут проверять своих поставщиков на генетическую чистоту породы.
Агрогеномика – яркий пример того, как передовые биотехнологии выходят за пределы лабораторий и приносят реальную пользу в прикладных областях, таких как сельское хозяйство. Для коммерческих генетических лабораторий сотрудничество с агробизнесом – перспективное направление роста. Секвенирование геномов, массовое генотипирование, диагностика патогенов – все эти услуги находятся на стыке науки и производства, и спрос на них будет только увеличиваться, учитывая глобальные вызовы (необходимость повысить урожайность, устойчивость к изменениям климата, обеспечение продовольственной безопасности). Лаборатории, способные говорить с аграриями на одном языке и предоставлять им понятные и полезные данные, займут свою нишу в этом большом рынке. Тем более что государство также заинтересовано в развитии агротехнологий: возможны гранты, субсидии, национальные проекты, где геномные технологии – один из приоритетов.
Подводя итог, лаборатория с NGS, выходящая в агрогеномику, делает вклад не только в свой бизнес, но и в инновационное развитие сельского хозяйства. Секвенирование ДНК становится таким же инструментом аграриев, как трактор или комбайн – и те, кто первым предоставит этот инструмент массово, окажутся на вершине новой волны аграрного прогресса.