Mezőgazdasági Genomikai és Bioinformatikai Csoport

Mezőgazdasági Genomikai és Bioinformatikai Csoport részletes bemutatása

Kutatási témák rövid bemutatása

  • Háziállat genomika
    • témavezető: Dr. Barta Endre (MATE, GBI)
    • együttműködő kutató: Dr. Stéger Viktor (MATE, GBI)
  • Regulációs polimorfizmusok vizsgálata (OTKA K-132814 pályázat)
    • témavezető: Dr. Barta Endre (MATE, GBI)
       

A csoport részletes bemutatása

A csoport a MATE egyetlen bioinformatikai csoportja. Elsősorban genomikai alap- és alkalmazott kutatási témákon dolgozik. Jellegéből kifolyólag azonban bioinformatikai szolgáltatás jellegű feladatokat is ellát. Ilyen például az egyetem genomikai szerverének működtetése Sopronban, valamint természetesen bioinformatikai elemzések végzése más MATE csoportok számára.

A csoportban jelenleg egy tudományos tanácsadó, két tudományos munkatárs, egy tudományos segédmunkatárs és két PhD hallgató dolgozik.


Csoport főbb publikációi:

Frank K, Bana NÁ, Bleier N, Sugár L, Nagy J, Wilhelm J, Kálmán Z, Barta E, Orosz L, Horn P, Stéger V*Mining the red deer genome (CerEla1.0) to develop X-and Y-chromosome-linked STR markers. PLoS One. 2020;15(11):e0242506. doi: 10.1371/journal.pone.0242506. eCollection 2020. PubMed PMID: 33226998; PubMed Central PMCID: PMC7986210.

Czipa E, Schiller M, Nagy T, Kontra L, Steiner L, Koller J, Pálné-Szén O, Barta E*ChIPSummitDB: a ChIP-seq-based database of human transcription factor binding sites and the topological arrangements of the proteins bound to them. Database (Oxford). 2020 Jan 1;2020. doi: 10.1093/database/baz141

Bana NÁ, Nyiri A, Nagy J, Frank K, Nagy T, Stéger V, Schiller M, Lakatos P, Sugár L, Horn P, Barta E, Orosz L*The red deer Cervus elaphus genome CerEla1.0: sequencing, annotating, genes, and chromosomes. Mol Genet Genomics. 2018 Jun;293(3):665-684. doi: 10.1007/s00438-017-1412-3. Epub 2018 Jan 2. PubMed PMID: 29294181.

Taller D, Bálint J, Gyula P, Nagy T, Barta E, Baksa I, Szittya G, Taller J, Havelda Z*Expansion of Capsicum annuum fruit is linked to dynamic tissue-specific differential expression of miRNA and siRNA profiles. PLoS One. 2018;13(7):e0200207. doi: 10.1371/journal.pone.0200207. eCollection 2018. PubMed PMID: 30044813; PubMed Central PMCID: PMC6059424.

Frank K, Molnár J, Barta E, Marincs F*The full mitochondrial genomes of Mangalica pig breeds and their possible origin. Mitochondrial DNA B Resour. 2017 Oct 17;2(2):730-734. doi: 10.1080/23802359.2017.1390415. PubMed PMID: 33473962; PubMed Central PMCID: PMC7800509.

Molnár J, Nagy T, Stéger V, Tóth G, Marincs F, Barta E*. Genome sequencing and analysis of Mangalica, a fatty local pig of Hungary. BMC Genomics. 2014 Sep 5;15:761. doi: 10.1186/1471-2164-15-761. PubMed PMID: 25193519; PubMed Central PMCID: PMC4162939.

Marincs F*, Molnár J, Tóth G, Stéger V, Barta E. Introgression and isolation contributed to the development of Hungarian Mangalica pigs from a particular European ancient bloodline. Genet Sel Evol. 2013 Jul 1;45:22. doi: 10.1186/1297-9686-45-22. PubMed PMID: 23815680; PubMed Central PMCID: PMC3704957.

Barta E*, Sebestyén E, Pálfy TB, Tóth G, Ortutay CP, Patthy L. DoOP: Databases of Orthologous Promoters, collections of clusters of orthologous upstream sequences from chordates and plants. Nucleic Acids Res. 2005 Jan 1;33(Database issue):D86-90. doi: 10.1093/nar/gki097. PubMed PMID: 15608291; PubMed Central PMCID: PMC540051.

Barta E*, Kaján L, Pongor S. IS: a web-site for intron statistics. Bioinformatics. 2003 Mar 1;19(4):543. doi: 10.1093/bioinformatics/btg019. PubMed PMID: 12611812.

Barta E*, Pintar A, Pongor S. Repeats with variations: accelerated evolution of the Pin2 family of proteinase inhibitors. Trends Genet. 2002 Dec;18(12):600-3. doi: 10.1016/s0168-9525(02)02771-3. PubMed PMID: 12446136.


Csoport főbb pályázatai:

  1. Házinyúl tenyészetek termelőképességének növelése genomikai módszerekkel (NKFIA 2017-1.3.1-VKE-2017-00026) (témavezetők: Dr. Barta Endre, Dr. Hiripi László, Dr. Stéger Viktor,2018-2021)
     
  2. Hogyan, pontosan hová és milyen sorrendben kötődnek a transzkripciós faktorok a DNS-hez (NKFI OTKA K-132814), (Dr. Barta Endre, 2019-22)


​​​​​​Kutatási témák részletes bemutatása

1. téma

Háziállat genomika:

Csoportunk korábban Magyarországon elsőként szekvenált meg emlős genomokat, majd később ugyancsak elsőként sikerült de novo összerakni is egy emlős genomot. Ezen projektek keretében először három mangalicafajta genomját elemeztük, és specifikus markereket kerestünk. Ezt a munkát a BMC Genomics folyóiratban publikáltuk. Ugyancsak nagy jelentőségű, hogy a világon először raktuk össze hazánk ikonikus vadjának, a gímszarvasnak a genomszekvenciáját. Ezt a munkát a Molecular Genetics and Genomics újságban publikáltuk. A munka jelentőségét jól mutatja, hogy azóta más gímszarvast érintő munkában is ezt használják referencia genomként.

A Nemzeti Kutatási, Fejlesztési és Innovációs Hivatal (NKFI) „Versenyképességi és Kiválósági Együttműködések” elnevezésű pályázati felhívása keretében az S&K-LAP Nyúltenyésztő Kft. az Állatorvostudományi Egyetemmel (ÁTE) és a MATE (korábban Nemzeti Agrárkutatási és Innovációs Központ Mezőgazdasági Biotechnológiai Kutatóintézetével) „Házinyúl tenyészetek termelőképességének növelése genomikai módszerekkel” címmel kezdeményezett egy új, nagyszabású agrárinnovációs és biotechnológiai projektet. A projekt három éven belül megvalósítandó célja az, hogy olyan nyúl tenyészállományokat hozzon létre, amelyek szaporulata antibiotikum-mentes tápon nevelhető fel, ezáltal egészségesebb, természetes húsáruval láthassa el a magyar és a nemzetközi piacot. E cél elérése érdekében a résztvevő kutatók modern, genomikai módszereket felhasználva, de genetikai módosítás nélküli tenyészállományokat hoznak létre, amelyek ellenállóak lesznek a betegségekkel szemben, de továbbra is megőrzik kiváló tulajdonságaikat, minőségüket. A projekt középtávú céljai között szerepel a jelen együttműködéssel létrejövő agrárgazdasági, egyetemi, kutatóintézeti tudományos összefogás további elmélyítése. Erre számtalan lehetőség kínálkozik a genomika, a diagnosztika, a biobankok létrehozásának, és más agrárbiotechnológiai kutatások, fejlesztések és innovációs feladatok megoldásának területén a hazai vállalkozások nemzetközi versenyképességének növelése érdekében.

A projekt keretében a Mezőgazdasági Genomikai és Bioinformatikai Csoport a bioinformatikai és a genomikai analíziseket végzi a Debreceni Egyetemmel együttműködésben a NAIK soproni, illetve a debreceni szervereken. A projekt során eddig már több mint 300 teljes genom, és több mint 50 RNA-seq adatot dolgoztunk fel. Folyik a metagenomikai minták elemzése is. Az elsődleges adatok alapján már elvégeztük az első Genom-szintű Asszociációs Vizsgálatokat (GWAS), ami során több olyan régiót találtunk, amely felelős lehet az ERE rezisztenciáért. Elkezdjük a potenciális rezisztencia régiók funkcionális annotálását is.

Az első házinyúl GWAS és genomikai vizsgálatokat a publikusan rendelkezésre álló OryCun2 referencia genomszekvencia alapján végeztük el. Hamar kiderült azonban, hogy ez a genomösszerakás (genome assembly) messze nem tökéletes, ezért elkezdtük az általunk használt és a tenyésztésben fontos XXL törzs de novo genom szekvencia összerakását. Ehhez először a Chromium 10x technológiát használtuk, de az nem hozott kellően jó eredményt, ezért a második körben a Pacific Biosciences Sequel II hosszú leolvasás technológiát használtuk a szekvenáláshoz.

A fent említett házinyúl projekt keretében már majdnem 300 nyúl genomot szekvenáltunk meg. Ehhez letöltöttünk még majdnem 100 publikusan elérhető nyúl genomszekvenciát is.

Így összességében egy hatalmas mennyiségű genom adathalmazunk keletkezett, ami alkalmas nemcsak populáció genomikai, hanem markerfejlesztési feladatokra is. Ez pedig lehetővé teszi a tenyésztők munkájának a hatékonyabbá tételét.

Az említett majdnem 400 nyúl genomszekvencia feldolgozásához kifejlesztettünk egy pipeline-t, aminek nemcsak ezt a hatalmas adatmennyiséget kell feldolgozni, hanem azt is kezelnie kell, hogy ehhez a munkához nem áll rendelkezésre egy nagy szerver klaszter, hanem csak egyes egymástól fizikailag távol lévő szerverek. A feldolgozáshoz a Debreceni Egyetem FIK Big Data tématerület Genomika csoportja nyújtott segítséget.

Az elsődleges feldolgozó pipeline eredményeképp megkapjuk az egyes genomok variációit tartalmazó VCF formátumú fájlokat. Ezeket összefűzve egy hatalmas, több mint 100 Gbyte méretű fájlt kapunk, ami aztán alkalmas a további vizsgálatokra. Ilyen például a populációk struktúrájának a felmérése az Admixture és a Principal komponens Analízis (PCA) módszerekkel. Az evolúciós folyamatokat például homozigóta régiók keresésével és a szelekciós nyomás vizsgálatával végeztük. Munkánk eredményeképp ma már látjuk, hogy az egyes hústermeléshez használt vonalak mennyire tiszták, mennyire beltenyésztettek és mennyire keveredtek más vonalakkal. A variációkat tartalmazó adatbázis arra is alkalmas, hogy villámgyorsan, „digitálisan” genotipizáljuk a 400 egyedet egyes érdekes markerekre.

2. téma 

Regulációs polimorfizmusok vizsgálata

A háziállatok nemesítése során egyes jellegeket szeretnénk megerősíteni. Ezek a jellegek a DNS szintjén különböző variációk, polimorfizmusok képében jelennek meg. Nagyon leegyszerűsítve ezek a variációk elsődleges hatásukat tekintve vagy egy fehérje aminosavsorrendjét változtatják meg, vagy egy transzkripciós faktor kötőhelyet érintenek. Ez utóbbi esetben regulációs polimorfizmusról beszélünk. Csoportunk fő kutatási területe ilyen regulációs polimorfizmusok keresése háziállatokban abból a célból, hogy azonosítani lehessen olyan pontokat a genomban, amelyeknek fontos szerepe lehet a nemesítésben.

Ha összehasonlítjuk két egyed teljes genomszekvenciáját, akár több millió ponton is eltéréseket tapasztalhatunk. Fontos tehát, hogy ezek közül melyik lehet regulációs polimorfizmus. Mivel háziállatok esetében nem állnak rendelkezésre transzkripciós faktor kötőhely specifikus funkcionális genomikai adatok, ezért csoportunkban a Debreceni Egyetemmel együttműködve először humán és egér ChIP-seq adatokat elemzünk. Ezek alapján feltérképezzük a lehetséges transzkripciós faktor kötőhelyeket. A rendelkezésre álló teljes genom szekvenciák összehasonlítása révén pedig lehetőségünk van ezeknek a genomi koordinációknak az átranszformálására, például az egér és a házinyúl genom között.

Munkánk első fázisában 3702 humán ChIP-seq adat elemzésével elkészítettük 262 humán transzkripciós faktor genomszintű kötőhely katalógusát. Eredményeinket a ChIPSummitDB adatbázisban publikáltuk.

Felhasználva a publikus házinyúl genomszekvenciát, már el is kezdtük a humán transzkripciós faktor kötőhely pozíciók áttranszformálását a házinyúl genomra. Mivel rendelkezésünkre áll több mint 300 teljes nyúl genomszekvencia, lehetőségünk van megvizsgálni, hogy ezek a feltételezett nyúl transzkripciós faktor kötőhelyek mennyire konzerváltak. A VKE projekt kapcsán rendelkezésünkre áll több mint 50 házinyúl RNA-seq adat is bélfalból és izomból. Az elkövetkezendőkben azt vizsgáljuk, hogy az RNA-seq alapján mért eltérő génexpresszióhoz hozzá tudunk-e rendelni regulációs polimorfizmusokat a feltételezett transzkripciós faktor kötőhelyekben.


A csoport tagjai

Dr. Kontra Levente, tudományos munkatárs
MATE, GBI, Genetika és Genomika Tanszék, Genomika és bioinformatika Csoport, 2021-
mtmt

M.Sc.: Környezetgazdálkodási agrármérnök, Szent István Egyetem, Mezőgazdálkodási és Környezettudomáyi Kar, 2010
PhD: Növénytudományok doktora, Szent István Egyetem, Növénytudományi doktori iskola, 2017

Telefon: +36-28/430-494 / 4222
Iroda: MATE GBI Gödöllő, Szent-Györgyi A. u. 4., földszint, 048A
E-mail: Kontra.Levente@uni-mate.hu

 


 

Dr. Nagy Tibor, tudományos munkatárs
MATE, GBI, Genetika és Genomika Tanszék, Genomika és bioinformatika Csoport, 2021-
mtmt

M.Sc.: biológia tanár, Pécsi Tudományegyetem, TTK, 2002
PhD: biológia Pécsi Tudományegyetem, Genetika doktori iskola, 2012

Telefon: +36-28/430-494
Iroda: MATE GBI
Gödöllő, Szent-Györgyi A. u. 4., földszint, 048
E-mail: Nagy.Tibor2@uni-mate.hu

Fekete Zsófia, tudományos segédmunkatárs, PhD hallgató
MATE, GBI, Genetika és Genomika Tanszék, Mezőgazdasági Bioinformatika és Genomika Csoport, 2021-
mtmt

M.Sc.: Okleveles Biomérnök, Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem, Vegymészmérnöki és Biomérnöki Kar, 2018
KUEP/TUEP: 2019
KUEP mentor: Dr. Kontra Levente
PhD iskola: Magyar Agrár- és Élettudományi Egyetem, Állatbiotechnológiai és Állattudományi Doktori Iskola, 2020-
Témavezető: Dr. Hoffmann Orsolya, Dr. Kontra Levente

Telefon: +36-28/430-494 / 4178
Iroda: MATE GBI Gödöllő, Szent-Györgyi A. u. 4., Fszt 48
E-mail: Fekete.Zsofia@uni-mate.hu


 
Maher Alnajjar, PhD hallgató
MATE, GBI, Genetika és Genomika Tanszék, Mezőgazdasági Genomikai és Bioinformatikai Csoport, 2019-

MSc.: Mezőgazdasági biotechnológia, SzIE, 2019
Stipendium Hungaricum: 2019-2023
Témavezető: Dr. Barta Endre

Telefon: +36-28/430-494
Iroda: MATE GBI Gödöllő, Szent-Györgyi A. u. 4., földszint, 048-as szoba
E-mail: Maher.Alnajjar@uni-mate.hu