Bioinformātika - Latvijas Universitāte

Dr. biol. Nils RostoksLatvijas UniversitāteBioloģijas fakultāte

Bioinformātika: biologa skatu punktsAugu genomika un bioinformātikaBioinformātika LU Bioloģijas fakultātesAugu molekulārās ģenētikas grupā05.02.2010. 2

05.02.2010. 3

Bioinformātika nav gluži “informātikaspielietojums bioloģijā”Tradicionāli bioinformātika nodarbojas arģenētiskās informācijas ieguvi, uzglabāšanuun analīziMolekulārās bioloģijas un ģenētikas metodesaizvien plašāk izmanto arī citās bioloģijaszinātnēs, piemēram, botānikā, zooloģijā unekoloģijā, tātad arī tur ir vajadzīga ne tikaistatistika (biometrija), bet arī bioinformātika05.02.2010. 4

Piemēram, priežu mežs Kolkā...Biometrija - saskaita priedes, nomēra toaugstumu vai stumbra diametruAugu fizioloģija – audzē priežu stādus vidēar kontrolētu sāls daudzumu un pēta toatbildes reakcijuBioinformātika - analizē priežu genomu untā kodētos proteīnus05.02.2010. 5

DNSRNSProteīniŠūnaOrganismsPopulācijaSuga05.02.2010. 6

1. Aprakstošā informācija par dzīvo dabu un vidi –ekoloģija, morfoloģija, taksonomija...2. Eksperimentālā informācija par dzīvajiemorganismiem - genomika, proteomika,transkriptomika...Datu bāzesIT infrastruktūraun DB programmēšanaJaunualgoritmuizstrādeDatu apstrādes un analīzes metodes –statistika, informātika, informācijutehnoloģijasJaunuprogrammuizstrāde05.02.2010. 7

Eksperimentālā bioloģija ‘ražo’ datus, koanalizēt, uzglabāt un analizēt:Genomika – DNS (genomu sekvences un toanalīze)Transkriptomika – RNS (gēnu ekspresija)Proteomika – proteīni (proteīnu struktūra)Metabolomika – šūnas metabolītiBioinformātika apkopo un organizē šosdatus, kā arī ļauj iegūt padziļinātas zināšanaspar šo datu fundamentālo saistību05.02.2010. 8

Divas metodes 1975. - 1977. gadā(Allan Maxam un Walter Gilbert,Frederick Sanger)“These chemical procedures ... soonallowed the entire sequence of theplasmid cloning vector pBR322 (4362bp) to be worked out by a singlescientist in only one year.”Molecular Biology of the Gene IVth ed. 198705.02.2010. 9DNS sekvence == DNS virkne

05.02.2010. 10

Sangera sekvenēšana – industrijasstandarts, pēc būtības nemainīgs no1977. gadaNext generation sequencing irapkopojošs nosaukums vairākiematšķirīgiem sekvenēšanas veidiem -454 (Roche), ABI Solid, IlluminaSolexa, Helicos HeliScopePieļauj daudz straujāku genomusekvenēšanu (un rada daudz vairākdatu)05.02.2010. 11

Izstrādāt jaunas metodes pilnugenoma sekvenču savākšanaiIzlobīt jēgu no strauji pieaugošāgenomu sekvenču daudzumaSalīdzināt daudzas genomu sekvencessavā starpā (salīdzinošā genomika)05.02.2010. 12

GAATTCCATTGCCAAAAATTCCATTGCCAAATATTCCATTGCCAAATTTTCCATTGCCAAATTCTCCATTGCCAAATTCGCCATTGCCAAATTCGCCATTGCCAAATTCGCAATTGCCAAATTCGCAATTGCCAAATTCGCAAATGCCAAATTCGCAAATGCCAAATTCGCAAATCCCAAATTCGCAAATCGCAAATTGGCAAATCGGGAATTCCATTGCCAAATTGGCAAATCGG05.02.2010. 13

Gēna XpromotersGēns X05.02.2010. 14

05.02.2010. 15

Noteikt pilnas genomu secībasIdentificēt visus gēnus un gēnuekspresiju kontrolējošos elementusNoskaidrot visu gēnu regulāciju unfunkcijasIzvērtēt ģenētisko daudzveidību, kasatrodama dažādu augu sugupopulācijāsPētīt saikni starp alēlisko daudzveidībuun gēnu funkciju

PārtikaSkābeklis unCO 2AinavaEnerģijaRūpniecībasizejmateriāliFAO www.fao.org

Ļoti atšķirīgi genomu izmēri, kas nav saistītiar augu kompleksitātiTrīs genomi vienā šūnā – kodola,mitohondriju, hloroplastuIzplatīta poliploīdija Atšķirīgs pielietojums cilvēka vajadzībām –mehāniskās īpašības koksnei, barības vielusaturs un sastāvs lauksaimniecības augiem,sekundārie metabolīti medicīnas ungaršaugiem05.02.2010. 18

05.02.2010. 19http://www.ncbi.nlm.nih.gov/genomes/PLANTS/PlantList.htmlAstoņi pabeigti augu genomiArabidopsis thaliana, Glycine max, Medicagotruncatula, Oryza sativa, Populustrichocarpa, Sorghum bicolor, Vitis vinifera,Zea maysDaudzi genomu sekvenēšanas projektiLotus, Brachypodium, kvieši, mieži, kartupeļi,tomātiĢenētiskās kartesGēnu resursi – expressed sequence tags

05.02.2010. 20

Nelieli sekvenēšanas projekti (vienavai vairāku gēnu salīdzinājums vienassugas ietvaros)Genoma polimorfisma datu analīzeFiloģenētiskā analīzeProteīnu struktūras paredzēšana,piemēram, transmembrānu domēnivai signālpeptīdiIztiekam ar esošajām brīvpieejasprogrammām05.02.2010. 21

Vēsturiski bioloģija ir aprakstošazinātne, bet tas mainās un parādāsnepieciešamība pēc datubioinformātiskas analīzesBiologiem caurmērā ir vājas zināšanasprogrammēšanā, matemātikā un IT;ne īpaši labas statistikāBiologiem un datozinātniekiem irsavstarpēji papildinošas iemaņas –tātad potenciāls sadarbībai05.02.2010. 22

Augu molekulārās ģenētikas grupa 200905.02.2010.http://plantgenetics.lu.lv/ 23