Учёные разработали революционный подход к исследованию гомозиготных участков ДНК, объединив методы визуализации генома и классификации с помощью свёрточных нейросетей. Технология выявляет сложные генетические паттерны, незаметные при стандартном статистическом анализе. Тестирование модели продемонстрировало абсолютную точность в определении пород свиней (крупная белая и дюрок) и эффективность в прогнозировании риска деформаций конечностей. Инновация открывает путь к созданию высокопродуктивных стад и может быть адаптирована для ранней диагностики наследственных заболеваний у человека. Проект реализован при поддержке грантов Российского научного фонда.
Геном как отражение эволюции и селекции
Сельскохозяйственные животные обладают уникальной ДНК, сформированной за столетия естественного и искусственного отбора. Протяжённые гомозиготные участки, унаследованные от обоих родителей, служат «молекулярной летописью» популяции. Они содержат гены, определяющие продуктивность, устойчивость к болезням, но также и наследственные аномалии. Классические методы анализа, фокусирующиеся на подсчёте таких зон, не учитывают их расположение в геноме, что снижает точность исследований.
Сила синергии: геномика встречает ИИ
Специалисты Донского государственного аграрного университета и Всероссийского НИИ племенного дела создали гибридный инструмент, сочетающий биоинформатику и deep learning. Алгоритм преобразует данные геномного секвенирования в изображения, что позволяет нейросетям находить скрытые закономерности. Этот подход уже показал 100% успешность в дифференциации пород свиней и 94% точность в прогнозировании патологий конечностей у крупной белой породы.
От теории к практике сельского хозяйства
В исследовании участвовало 1168 животных: нейросеть проанализировала свыше 60 тыс. геномных снимков. Результаты подтвердили, что пространственное распределение гомозиготных участков тесно связано с фенотипическими признаками. Внедрение технологии в племенные программы позволит сократить время выведения улучшенных линий и минимизировать риски генетических заболеваний, повышая рентабельность АПК.
Прорыв в геномном анализе: как искусственный интеллект раскрывает тайны ДНК
Старт исследования ознаменовался революционным подходом! С помощью программы PLINK ученые обнаружили участки гомозиготности, которые затем распределили по размерам: от миниатюрных (менее 2 млн пар нуклеотидов) до гигантских (свыше 16 млн). Каждый фрагмент превратили в яркую цветную полосу на хромосомной карте, создав уникальные «генетические паспорта» для животных. Этот визуальный подход открыл новые горизонты для анализа!
ИИ-революция: 100% точность и прогнозирование аномалий
Сверточная нейронная сеть, обученная распознавать узоры на генетических картах, показала феноменальный результат! Модель безошибочно определяла породы животных, доказав, что структура гомозиготных участков — это настоящий ДНК-штрихкод вида. А когда дело дошло до прогнозирования дефектов конечностей у свиней, технология продемонстрировала впечатляющие 78,6% точности, раскрывая связь между геномными паттернами и сложными фенотипическими признаками.
Карты значимости: ключ к пониманию генетических загадок
Ученые сделали процесс предсказаний прозрачным с помощью инновационных карт значимости. Эти инструменты выделили конкретные регионы генома, ответственные за принятие решений ИИ. Так были обнаружены ключевые гомозиготные сегменты, определяющие породные особенности, что значительно углубило наше понимание биологических механизмов наследственности.
Будущее уже здесь: перспективы технологии
«Наша разработка — это мост в эру персонализированной генетики! — делится воодушевлением Мария Колосова, руководитель проекта, кандидат сельскохозяйственных наук. — Теперь мы можем не только идентифицировать породу с абсолютной точностью, но и прогнозировать риски заболеваний. В планах — масштабирование технологии на коров, овец и другие виды, что совершит переворот в сельском хозяйстве и медицине!»
Генетические карты как инструмент прогресса в животноводстве
«Карты гомозиготных зон у свиней породы дюрок открывают новые горизонты для селекционеров. Они не только выявляют уникальные генетические паттерны, но и дают возможность эффективно управлять разнообразием популяции, минимизируя риски близкородственного скрещивания. Такой подход революционно улучшает программы селекции — теперь мы можем создавать ещё более жизнестойкие и продуктивные линии животных с рекордной точностью», — делится вдохновляющими результатами Тимофей Романец, кандидат сельскохозяйственных наук, ведущий научный сотрудник Донского ГАУ. Проект реализуется при поддержке гранта РНФ в лаборатории молекулярно-генетической экспертизы.
От лаборатории к практике: будущее селекции уже здесь
Инновационные разработки уже переданы крупнейшим селекционно-племенным центрам страны для тестирования. Учёные уверены: внедрение генетических карт ускорит выведение пород с улучшенными характеристиками, что станет прорывом для всего агропромышленного комплекса. «Каждый этап апробации приближает нас к новым открытиям, которые преобразят животноводство», — с энтузиазмом отмечает руководитель исследовательской группы Тимофей Романец.
Источник: indicator.ru
