Общая численность сотрудников – 15, из них молодых исследователей (до 39 лет) – 6, иностранных исследователей – 1.

Биоинформатика – наука, основная задача которой – разработка алгоритмов и программ для обработки и анализа данных, сгенерированных экспериментальной молекулярной биологией. Системная биология – наука, изучающая биологические объекты как систему составляющих их компонент – молекул и клеток. В числе важнейших инструментов системной биологии – математическое моделирование, применяющееся для предсказания и описания динамики системы в терминах дифференциальных уравнений. Средствами математики решаются задачи визуализации данных и их хранения (формирование баз данных).

Основной интерес ученых ЦТдА сконцентрирован в области омиксных данных – больших данных, которые продуцируют новые современные технологии: геномика (совокупность генов и генетических элементов организмов), протеомика (набор белков в клетках организмов), метаболомика (совокупность метаболитов, являющихся конечным продуктом обмена веществ в клетке, ткани, органе или организме).

Указанные передовые технологии используются в медицине и сельском хозяйстве. НИЛ ЦТдА специализируется на анализе агробиологических данных, генерируемых компьютерной и экспериментальной («мокрой» – wet lab) лабораториями.

Направления исследований НИЛ:

• цифровые технологии прогнозирования потребительских свойств сельскохозяйственных растений и животных на основе композиции генетических маркеров с учетом влияния факторов климата и реального производства;
• полногеномный поиск ассоциаций и изучение механизмов устойчивости льна к фузариозному увяданию;
• использование больших геномных и пост-геномных данных для оптимизации селекции сельскохозяйственных культур;
• механизм устойчивого формирования периодического паттерна дифференцировки клеток в глазном диске дрозофилы.

Исследования лаборатории направлены на разработку алгоритмов и методов, которые позволят селекционерам выводить новые линии, сорта растений с заданными свойствами. Для получения необходимых свойств исследователями используется естественная вариабельность растений в природе, для чего применяется современная технология генного редактирования CRISPR/Cas – с ее помощью возможна модификация фрагментов генома без внесения бактериального вектора, что не является генетической модификацией. Сотрудники лаборатории анализируют геномы и находят варианты, которых нет в сортах рассматриваемых растений, но которые способны включаться в эти сорта, улучшая их признаки (повышение урожайности, устойчивости к засухе и проч.).

С соответствующими разработками лаборатория ЦТдА участвовала в ряде федеральных целевых программ (ФЦП), выполняла исследования по грантам РНФ и РФФИ. Так, с помощью геномных данных сотрудники НИЛ ЦТдА смогли описать, как происходило одомашнивание и распространение нута (бобовая культура). Большинство сельскохозяйственных культур одомашнено в так называемом «плодородном полумесяце» (Ирак, Месопотамия, Вавилон и др.); методы анализа генома и математического моделирования позволили реконструировать пути распространения нута, а также выяснить, какой геном чистый, какой содержит примесь другого генома и какие районы обменивались между собой участками генома.

Особое место в работе лаборатории ЦТдА уделено изучению такого механизма, как метилирование. Различия между организмами обусловлены набором нуклеотидов, из которых состоит ДНК, а наиболее крупные изменения – выпадением или вставкой определенного участка ДНК. Лаборатория занимаемся изучением таких структурных изменений, созданием метода детекции геномных участков и его дальнейшим внедрением в полевых условиях.

Лаборатория использует геномную селекцию, проводя выборку растений, создавая их математические модели, способные предсказать признаки растений по генотипу. Машинное обучение в сельском хозяйстве сокращает время получения новых линий растений до трех раз, обеспечивая снижение трудозатрат и экономию финансовых ресурсов.

Таким образом, в программе НЦМУ перед лабораторией «Цифровые технологии для агробиологии» стоят следующие прикладные задачи:

• получение новых линий, создание растений с заданными потребительскими качествами;
• создание модели предсказания фенотипических свойств растений, исходя из генотипа;
• регуляция, бисульфитное секвенирование;
• перспективные исследования, в первую очередь посредством цифровых технологий, продиктованные реалиями современной науки и развития биологии и биоинформатики.