Роль генов в селекции животных
Когда речь идет о селекции животных, гены становятся настоящими супергероями. Селекция — это процесс, когда выбирают лучших особей для размножения, чтобы получить потомство с классными характеристиками. Если у одной коровы есть ген, который делает ее молоко суперпродуктивным, это значит, что шансы передать этот признак потомству очень высоки.
Наследуемость и распределение признаков
Наследуемость и распределение признаков — это важные темы в генетике. Наследуемость показывает, насколько гены влияют на разные характеристики. Например, если у коров в стаде высокая наследуемость по молоку, значит, гены действительно играют большую роль в этом.
А вот распределение признаков говорит о том, как эти гены «разбросаны» среди всех животных в популяции. Например, в стаде кур может быть множество разных окрасов перьев, и это зависит от разных генов, которые смешиваются и создают уникальные комбинации.
Количественная генетика
Количественная генетика — это наука, которая изучает, как наследуются такие характеристики, как вес, рост и продуктивность. Это помогает селекционерам предсказывать, что получится от скрещивания определенных животных. Например, с помощью этих методов можно выяснить, какие гены отвечают за максимальную продуктивность.
Пример из практики
Вот интересный пример: ученые создали породы свиней, которые менее подвержены болезням. Они обнаружили, что определенные варианты генов (аллели) помогают свиньям лучше справляться с инфекциями. Селекционеры начали выбирать таких свиней для разведения, и в итоге получили более здоровое и продуктивное потомство.
Понимание генов и их роли в наследовании — это основа успешной селекции животных. Зная, как работают гены, селекционеры могут улучшать продуктивность и здоровье своих животных, что в конечном итоге приносит пользу всем.
Если хотите углубиться в эту тему, обязательно посмотрите научные статьи и ресурсы по генетике и селекции животных!

В ближайшем будущем цифровизация и геномика изменят подходы к сельскому хозяйству и животноводству!

Цифровизация в сельском хозяйстве
Следим за здоровьем
Датчики помогают фермерам мгновенно узнавать о состоянии животных. Теперь вы всегда в курсе, что происходит на ферме!
Кормим умнее
Умные системы подсказывают, как лучше кормить животных для их здоровья и продуктивности. Заботьтесь о своих питомцах с помощью технологий!
Анализируем данные
Большие данные помогают принимать правильные решения по уходу за стадом. Информация — это сила!

Геномика в животноводстве
Создаем суперживотных
Разводим породы, которые легче переносят болезни и адаптируются к условиям. Ваши животные будут здоровее и крепче!
Увеличиваем продуктивность
Отбираем самых продуктивных животных для получения большего молока и мяса. Больше продукции — больше дохода!
Улучшаем вкус продуктов
Работаем над тем, чтобы ваши продукты были не только полезными, но и вкусными. Качественная еда — залог успеха!

Сегодня мы поговорим о микрофлюидике и секвенировании одной клетки. Эти технологии открывают новые возможности для изучения животных!

Что такое микрофлюидика?
Микрофлюидика — это наука о поведении жидкостей на микроскопическом уровне. В сочетании с секвенированием она позволяет исследовать геном каждого животного на уровне отдельных клеток.

Как это работает?
1. Сбор образца ДНК: Берём образец ДНК из одной клетки животного.
2. Анализ ДНК: С помощью микрофлюидных технологий мы можем изучать уникальные особенности ДНК в каждой клетке.
3. Интерпретация данных: Результаты анализа помогают понять, как каждая клетка влияет на здоровье и продуктивность животных.

Преимущества
Секвенирование одной клетки позволяет глубже понять, как различные факторы влияют на здоровье животных. Это важно для улучшения ухода за ними и повышения их продуктивности

Вы задумывались, как ученые читают ДНК? Давайте разберемся, какие есть типы секвенаторов и кто их делает!
Секвенаторы на основе секвенирования синтезом.
Пример: Illumina. Эти устройства используют флуоресцентные метки, чтобы «читать» ДНК. Они суперточные и могут обрабатывать множество образцов одновременно. Настоящий хит!
Пиросеквенирование. Пример: 454 Life Sciences (теперь не выпускаются, но были в топе). Этот метод использует пирофосфат, чтобы понять, какие нуклеотиды добавляются. Получаются длинные прочтения, но он не так популярен сейчас.
Нанопорное секвенирование. Пример: Oxford Nanopore Technologies. Эти устройства могут считывать ДНК в реальном времени, используя нанопоры. Получается длинное прочтение, и даже можно делать анализ сразу "на ходу"!
Обратная транскрипция (Ion Torrent). Пример: Thermo Fisher Scientific. Такие секвенаторы используют полупроводниковые технологии и предлагают компактные решения для небольших исследований. Очень удобно!
Кто делает лучшие секвенаторы?
Illumina: Настоящие короли в мире секвенирования! Их MiSeq и NovaSeq — это просто бомба. Ученые по всему миру их обожают!
Oxford Nanopore Technologies: Пионеры в нанопорном секвенировании. Их устройства позволяют делать анализ в реальном времени.
Thermo Fisher Scientific: У них Ion Torrent — доступные и компактные решения для всех, кто хочет начать изучать генетику.
MGI и BGI: Китайские гиганты, которые предлагают крутые секвенаторы. Они быстро развиваются и участвуют в международных проектах.
GeneMind: Еще одна китайская компания, которая создает секвенаторы нового поколения, нацеленная на дешевизну и эффективность.

Современные технологии секвенирования ДНК перевернули мир генетики. Теперь мы можем быстро и точно определять последовательности нуклеотидов. Рассмотрим основные методы, которые сейчас в ходу.
Секвенирование по Сэнгеру — это старый, но проверенный метод, разработанный в 1977 году. Он использует специальные молекулы, чтобы остановить процесс создания ДНК. ДНК разделяется на две цепи, к одной из них добавляются специальные молекулы и ферменты, которые останавливают процесс при создании новой цепи. Полученные кусочки анализируются для определения последовательности. Плюсы: высокая точность. Минусы: длительность и высокая стоимость, особенно для больших геномов.
Секвенирование следующего поколения (NGS) — это группа методов, позволяющих секвенировать миллионы фрагментов ДНК одновременно. Это быстро и недорого. Методы включают секвенирование синтезом, где используются флуоресцентные метки для отслеживания добавления нуклеотидов; секвенирование гидролизом, где нуклеотиды разрушаются при добавлении к цепи ДНК; и секвенирование в нанопорах, где ДНК проходит через маленькое отверстие, и изменения в электрическом токе показывают последовательность. Плюсы: скорость и низкая стоимость. Минусы: возможные ошибки и необходимость в больших вычислительных ресурсах для обработки данных.
Секвенирование третьего поколения позволяет секвенировать длинные куски ДНК, что помогает лучше понимать геномы. Примеры технологий: PacBio SMRT, который секвенирует длинные фрагменты ДНК (до 30 000 нуклеотидов), и Oxford Nanopore, который секвенирует ДНК в реальном времени, используя изменения в электрическом токе. Плюсы: длинные прочтения позволяют лучше видеть сложные участки генома. Минусы: высокая стоимость и возможные ошибки.
Секвенирование метагеномов используется для изучения генетического материала из сложных образцов, например, из микробиомов. ДНК извлекается из образца, затем используется NGS для секвенирования, и данные анализируются для понимания присутствующих организмов и их взаимодействий. Плюсы: возможность изучения сложных экосистем. Минусы: сложный анализ данных и необходимость в мощных компьютерах.

Электрофорез — это метод, который помогает разделить белки и нуклеиновые кислоты по их размеру и заряду. Эта технология позволяет более точно и эффективно анализировать образцы.
Основные методы электрофореза:
1. Полиакриламидный гель-электрофорез (PAGE):
• Используется для разделения белков и нуклеиновых кислот.
• Меньшие молекулы движутся быстрее, чем большие.
• Применяется в различных режимах, включая денатурирующий.
2. Капиллярный электрофорез (CE):
• Позволяет проводить анализ в узких трубках, экономя образцы.
• Обеспечивает высокую точность и скорость анализа.
• Часто используется для нуклеиновых кислот и белков.
3. Иммуноэлектрофорез:
• Соединяет электрофорез с иммуноанализом для определения специфических белков.
• Позволяет находить белки по их взаимодействию с антителами.
Электрофорез ДНК — это метод, который помогает разделять фрагменты ДНК по размеру. Это важный этап в молекулярной биологии.
Основные методы:
1. Агарозный гель-электрофорез:
• Используется для разделения фрагментов ДНК размером от сотен до тысяч пар оснований.
• Позволяет видеть фрагменты под ультрафиолетовым светом с помощью красителей.
2. Капиллярный электрофорез:
• Позволяет быстро и точно анализировать ДНК.
• Часто используется в автоматизированных системах для секвенирования.
Масс-спектрометрия белков (МС) — это метод, который помогает определить молекулярную массу и структуру белков.
Основные этапы масс-спектрометрии:
1. Ионизация:
• Белки и пептиды ионизируются с помощью методов, таких как MALDI или ESI.
2. Разделение:
• Ионизированные молекулы направляются в масс-спектрометр для разделения по массе и заряду.
3. Детекция:
• Данные собираются, создается спектр для идентификации молекул.
Применения и кейсы:
• Определение структуры белков и их модификаций.
• Анализ всех белков в клетке или образце (протеомика).
Микрофлуидика — это технология, которая позволяет работать с очень маленькими объемами жидкости. Она широко используется для анализа ДНК.
Основные применения микрофлуидики:
1. Микрофлуидные чипы:
• Позволяют проводить множество анализов одновременно, экономя время и деньги
• Используются для ПЦР, секвенирования и других методов.
2. Лаборатории на чипе:
• Объединяют несколько этапов анализа (экстракция, амплификация, детекция) в одном устройстве.
• Позволяют проводить анализы с минимальным объемом образцов.

Мы вместе, как отмечено на канале Сила России (ВЕZ Фильтров), создаем мощную движуху! Каждый на своем месте: в школе, универе, на работе, в министерстве, в тракторе, в доильном зале или в лаборатории.
Мы строим Россию, которая будет топовой в генетике животных и растений, а не просто закупает, а сама продает свои технологии.
Обучение:
Нужно учить школьников, студентов и специалистов современным подходам, чтобы каждый уходил с реальными инструментами. И делать это все бесплатно и безопасно, через универы и курсы. Давайте вместе!
Что нам надо сделать:
Придумать свои фишки по работе с фенотипом, геномом, иммунитетом и эпигенетикой.
Оценивать состояние организма с помощью крутых методов анализа.
Создать систему, чтобы идентифицировать животных и генетические цели.
Разрабатывать свои программы и базы данных.
Работать с производством и внедрять свои наработки.

Low-pass секвенирование — это крутая технология, которая делает геномные исследования в сельском хозяйстве более доступными и эффективными. Она помогает быстро находить известные генетические варианты, что обеспечивает селекцию растений и животных.

Почему это популярно и важно?
Доступно: Эта технология стоит дешевле, чем традиционные методы, поэтому её могут использовать как фермеры, так и ученые.
Скорость: С ней можно быстро обрабатывать много образцов, что особенно полезно для крупных полевых проектов.

Больше информации: Low-pass секвенирование дает больше данных в популяции с ущербом в сторону точности (0,5-5х покрытие), чем обычные геномные техники.
Быстрые результаты: Рабочий процесс настроен так, чтобы получать результаты быстро, что помогает принимать решения в селекции сегодня и сейчас.
Точность: Предварительный прогноз о генах и селекционных признаках.

Как это используется в сельском хозяйстве?
Селекция скота: Помогает селекционерам находить нужные признаки у животных на ранних стадиях, обязательно используя феном, иммуном, референт и повышая эффективность работы.
Устойчивость: Метод выявляет известные варианты генов, связанные с устойчивостью к болезням или повышенной продуктивностью.
Научные исследования: Используется в проектах, изучающих важные селекционные признаки у животных.

Будущее на горизонте
Продовольственная безопасность: С учетом роста мирового спроса на продукты питания, Low-pass секвенирование может помочь увеличить темпы роста производства.

Экологичность: Эта технология помогает создавать новые породы, которые лучше справляются с вызовом промышленности и изменениями климата.

Широкое применение: Ожидается, что она станет новым стандартом в агрогеномике, полезным как для крупных, так и для мелких хозяйств.

Сравнение с другими методами
Low-pass секвенирование
Плюсы:
Дешево и сердито.
Быстро обрабатывает много образцов.
Позволяет выявлять только основные и ранее известные генетические вариации.
Минусы:
Низкая точность для новых генов.
Требует сложных методов импутации (биоинформатики и статистики) для точного анализа, обязательно нужны хорошие и актуальные референты типичных пород и подробные данные фенома.
Не подходит для анализа структурных изменений генома.

Секвенирование 5x
Плюсы:
Более доступно, чуть дороже и чуть дольше, но дает достаточно информации.
Отличное качество прочтения генома, наилучшим образом подходит для полевых исследований, особенно при работе с генофондом.
Легко и быстро определяет новые генетические варианты.
Не нужно предугадывать варианты, не нужна импутация. простая сборка геномов, нужны только свои референты геномов прочитанные на высокой плотности секвенирования 30х для каждой породы отдельно.
Минусы:
Все еще может быть неточным для редких вариантов.
Дольше по времени, чем Low-pass секвенирование.

Секвенирование целевое
Плюсы:
Очень недорого доступно, уже использовалось в геномике КРС, дешевле 5х и чуть быстрее, но дает информацию по нужным областям генома.
Легко и быстро определяет заданные генетические варианты, пригоден для контроля генного редактирования CRISPR.
Очень простая биоинформатика, но нужен хороший референт для исследуемой группы животных и типичные контрольные генотипы.
Минусы:
Считает только определенные гены, не видит весь геном.
Быстрее по времени, точнее, но менее информативно, чем 5х секвенирование.

Секвенирование 30x
Плюсы:
Долго, очень высокая точность, включая поиск редкие вариантов по здоровью и продуктивности.
Позволяет глубокий анализ генов.
Минусы:
Дорого и все таки, не быстро, но зато по биоинформатике нет сложностей, никаких сложных моделей импутации и прогноза вариантов.
Много времени для подготовки и секвенирования.
Вся геномная селекция США была сделана на этом типе.
Выбор между Low-pass, 5x и 30x секвенированием зависит от целей и бюджета. Low-pas секвенирование идеально подходит для предварительных исследований, а 5x и 30x лучше для регулярного анализа геномов.

При секвенировании нового поколения (NGS) первичными данными являются "сырые" последовательности ДНК или РНК, которые мы получаем в процессе.

Риды — это короткие кусочки ДНК, которые мы "прочитали" из образца. Чем больше ридов, тем больше информации!
Качество ридов — для каждого рида есть оценка, насколько точно мы его прочитали. Это помогает понять, насколько надежные данные.
Метаданные — это всякие дополнительные инфы о пробах и условиях, при которых проводилось секвенирование.
Эти данные потом обрабатываются, чтобы получить полную картину генома или транскриптома. В общем, это как "черновик" для дальнейшего анализа!
Результаты обработки: Всё, что мы получаем после анализа, — это уже не первичные данные. Например, в low pass NGS качество данных может сильно меняться.
Чипы и генотипы: Генотипы — это вторичные данные. Они получаются из флуоресценции, фиксируемой на чипе. То есть, она уже потом про помощи ключа расшифровки и карты чипа переводится в генотип. Здесь тоже все очень зависит от качества чипа. Флуоресценция — это не сам генотип!
Секвенирование: Первичные данные здесь — это флуорохроматограммы, которые показывают, как выглядит ДНК.

Мы сейчас не говорим про импутацию данных и что это такое, но обязательно вернёмся к этому вопросу позднее.

Сегодня поговорим о том, как генетика и селекция помогают нам в сельском хозяйстве и животноводстве. Это не просто науки, а настоящие помощники в обеспечении продовольственной безопасности и устойчивом развитии нашей страны!

Почему это важно?
Улучшение продуктивности
Селекция помогает создавать новые породы и сорта, которые лучше справляются с болезнями и изменениями климата. Это значит больше качественной еды для всех!
Сохранение биоразнообразия
Разработка отечественной селекции помогает сохранить уникальные местные породы и сорта, которые идеально подходят для наших условий.
Экономическая выгода
Инвестиции в генетику и селекцию могут увеличить доходы фермеров благодаря лучшему качеству продукции.
Вложение средств в генетические исследования и селекцию может привести к созданию более продуктивных и устойчивых животных и растений, что, в свою очередь, увеличивает доходы фермеров. Высококачественная продукция, полученная от селекционированных животных и растений, может иметь более высокую рыночную стоимость, что способствует увеличению прибыли.

Увеличение затрат:
️Россия и Китай снижают зависимость от импорта племенного скота, т.к. это может сильно ударить по карману! Цены на животных растут, а значит, и на продукцию (мясо, молоко и т.д.). Это не радует потребителей!
Если цены продолжают расти, это может вызвать недовольство среди людей, особенно тех, кто и так уже на грани финансовых трудностей. Это значит, что мы можем столкнуться с социальными волнениями!
Уменьшение доходов:
Местные производители, которые зависят от импорта, оказываются в невыгодном положении по сравнению с зарубежными конкурентами. Это значит, что их доходы падают!
Снижение доходов ограничивает возможности фермеров инвестировать в новые технологии и улучшение своего бизнеса. Это может привести к сокращению рабочих мест и потере квалифицированных кадров в отрасли.
Что делать?
Важно поддерживать местное производство и развивать собственные генетические ресурсы и геномные технологии! Это поможет снизить затраты и повысить доходы фермеров, а значит, улучшить ситуацию в животноводстве!

Существует интересное наблюдение. В буддийской философии есть концепция сансары, которая говорит о том, что все существа связаны через бесконечные перерождения. Это может пересекаться с современными научными идеями, и давайте разберемся в этом вместе!
Геномика:
Современные исследования митохондриальной ДНК показывают, что все мы потомки ограниченного числа "генетических Ев". Это значит, что у нас есть общее генетическое наследие, и мы все связаны друг с другом. Есть феномен горизонтального переноса генов у микроорганизмов, когда разные виды обмениваются генетической информацией. Жизнь на Земле — это большая сеть взаимосвязей. Эпигенетика изучает, как опыт наших предков влияет на проявление наших генов, что перекликается с буддийским пониманием кармы.
Квантовая физика:
Принцип квантовой запутанности говорит о том, что частицы, которые когда-то были в контакте, продолжают оставаться связанными, даже находясь на большом расстоянии друг от друга. Это похоже на то, как мы все связаны в этом мире. Теория волновой функции вселенной предполагает, что все в пространстве и времени связано. В квантовой биологии исследуют, как фотосинтез и навигация птиц используют квантовые эффекты, что может быть интересным мостом между энергией и жизнью.
Нейронаука:
Зеркальные нейроны помогают нам чувствовать эмпатию, то есть "чувствовать другого как себя". Это создает представление о том, как мы все связаны на уровне сознания. Есть теория о расширенном сознании, которая говорит о том, что разум может быть нелокальным, что перекликается с идеей "единого сознания" в буддизме.
Важно отметить, что буддийская концепция перерождений не говорит о передаче конкретной "души" или генетического кода от одного существования к другому. Это скорее о непрерывности причинно-следственных связей.
Практическое применение:
В криоэлектронной микроскопии используют принципы квантовой механики для изучения белков. Исследования теломер и клеточного старения перекликаются с идеей цикличности бытия. Концепция "эпигенетических часов" напоминает буддийское понимание времени — это не просто линейная штука, а нечто более сложное.
Возможно, в будущем открытия в области квантовой гравитации или темной энергии помогут нам найти новые метафоры для описания этих древних идей. Но важно сохранять баланс между поэтической глубиной духовных учений и строгостью научного метода.