– мобилизация генетических и пространственных сведений о диких сородичах растений, несущих исходный генотип сортов, культур и линий перспективных растений;

– открытый доступ к данным о размерах геномов хозяйственно-ценных, редких и эндемичных растений Алтая;

– продвижение уникального ИТ-ресурса (научного депозитария) из сферы генетических технологий растений в мировую архитектуру биоданных;

– отработка технологии точной идентификации растений, гибридов, линий растений и диких сородичей культурных растений на основе сведений о их размере генома;

– предоставление заинтересованным пользователям – ученым, экологам и представителям государственных ведомств охраны природы, обучающимся и исследователям природы, востребованной информации о фиторазнообразии и генетическом потенциале территории Алтая;

– проведение флористического, биоресурсного и геоэкологического мониторинга на основании точных данных о распространении хозяйственно-ценных (лекарственные, пищевые и др.), редких и эндемичных и пр. растений с территории Алтая;

–    решение научных проблем в систематике и морфологии перспективных групп растений, обитающих на территории четырех стран – Россия, Китай, Казахстан, Монголия;

ИТ-проект «Genome Altai Plants – геном растений Алтая» представляет собой открытую базу данных, размещенную на сайте «Genome Altai Plants» – http://genome.asu.ru.

Начало формирования уникальной для России базы данных по размеру геномов хозяйственно-ценных, редких и эндемичных растений было положено в конце 2021 года. База данных, кроме сведений о размерах генома хозяйственно-ценных, редких и эндемичных растений содержит цифровые изображения гербарного листа и сведениями о местах сбора, индексируемые в датасете «Virtual Herbarium ALTB» в GBIF (https://www.gbif.org/dataset/2dda31ff-f776-452f-9a4b-d5229f6e3494). Сведения по размерам геномов мы получаем по отработанной технике проточной цитометрии с использование иодида пропидия на проточном цитофлуориметре в лаборатории биоинженерии АлтГУ. Благодаря передовым достижениям в области современных генетических технологий и возможностям глобальных систем, процессы исследовании фиторазнообразия локальных флор все чаще находят выход на мировой уровень обмена научными результатами. Среди спектра научно-методологических технологий для получения объективных результатов в исследовании биоразнообразия следует выделить два наиболее сильных – молекулярно-генетические и цифровые. Обучение навыкам работы  по мобилизации данных по биоразнообразию АГС производиться на авторском куре российской образовательной платформы Stepik – http://stepik.org (https://stepik.org/course/60859/). 

Сайт «Genome Altai Plants» ИТ-проекта подготовлен авторами ИТ-проекта и функционально выполнен с использованием языка программирования PHP и для облегчения отделения представления от логики приложения был использован шаблонизатор Smarty. Сайт взаимодействует с базой данных «Virtual Herbarium ALTB» и осуществляет структурированную визуализацию представленных  данных с использованием стандартизированного языка разметки документов  HTML. Для улучшения визуального представления географического положения представленных в базе данных образцов в проекте был использован API Яндекс.Карт, которые позволяет использовать картографические данные и технологии Яндекса в проекте. Для последующей интеграции в Глобальную систему по биоразнообразию (GBIF.org) этикеточные сведения гербария ALTB, содержащие также координаты, были переведены в спецификацию Darwin Core. Darwin Core (http://rs.tdwg.org/dwc/terms/#dwc:identifiedBy) представляет собой, стандарт, разработанный международной группой «International Working Group on Taxonomic Databases For Plant Sciences (TDWG)» специально для обмена и хранения данных в биологии. 

Данные (этикеточные сведения, геопривязки и цифровые копии гербарных листов) хранятся на севере Алтайского государственного университета, доступны открыто через сеть Интернет всем заинтересованным пользователям для обработки и анализа. Опорными списками для инвентаризационных работ с фондом ALTB и оцифровке коллекций по-прежнему служили таблицы с наименованием таксонов по следующим группам растений: хозяйственно-ценные, редкие и эндемичные (преимущественно из проекта «Флора Алтая», http://altaiflora.asu.ru). Опорными материалами для определения хозяйственно-ценных растений разрабатываемой базы данных пр-прежнему выступили следующие издания: Растительные ресурсы России, T-1–7; Губанов, 1998; Агроэкологический атлас России и сопредельных стран, 2003-2009; Определитель растений Алтайского края, 2003; Определитель растений Республики Алтай, 2012. В рабочем списке хозяйственно-ценных видов имеется более 900 таксонов, входящие в 80 семейств сосудистых растений. Для каждого таксона дано указание его хозяйственной ценности: пищевые, лекарственные, технические, кормовые, ядовитые, декоративные, алкалоидоносные, медоносные, витаминоносные и инсектицидные. Для выявления редких и эндемичных видов базы данных были задействованы все существующие на данным момент Красные Книги по территории Алтайской горной страны, включая Российскую Федерацию (2008), Казахстан (2014), Монголию (2013) и КК Синьцзян-Уйгурского АР Китая (2006). Были привлечены для работы Красные Книги регионов России: Алтайского края (2016), Республики Алтай (2017), Кемеровской обл. (2012), Красноярского края (2012), Республики Тыва (2018) и Республики Хакасия (2012). Также список был скорректирован с учетом раздела «редкие виды» и «эндемичные виды» международного проекта нашего коллектива в Сети Интернет – «Биоразнообразие Алтае-Саянского экорегиона» (www.bioaltai-sayan.ru). В целях оперативного установления степени редкости и уровня эндемизма растений был так же задействован оригинальный датасет АлтГУ в GBIF  «Red List of Altai Mountain Country (plants)», https://www.gbif.org/ru/dataset/678aa986-0481-4e46-b17f-c371195c7c74). При разработке базы данных была использована мировая спецификация данных в биологии – Darwin Core(https://dwc.tdwg.org/list/). Итоговый набор столбцов основной таблицы разработанной базыданных содержит набор из 28 терминов. Из их числа 19 соответствуют перечню из спецификации Darwin Core, что в перспективе позволяет интегрировать данные в архитектуру мировых биоданных из сферы генетических технологий. Наименования терминов с описанием столбцов базы данных размеров геномов хозяйственно-ценных, редких и эндемичных растений, подкреплённых цифровым изображением гербарного листа и сведениями о местах сбора: occurrenceID – уникальный ID инвентаризационный номер Гербария ALTB (ваучер, штрих-код); references – ссылка на ресурс в сети Интернет с изображением гербарного листа (тип данных "PreservedSpecimen"), либо наблюдения с фотофиксацией растения в природной обстановке (тип данных "LivingSpecimen"); DNAamount2С — содержание ДНК 2С, пг; genomesize1С – размер генома 1С, Мбп; standartOrganism – стандарт, выбранный для оценки величины генома с указанием эталонного живого организма; standartLinkReferences – ссылка на ресурс в сети Интернет с указанием научной работы (статья, ресурс и пр.) со стандартом и/или методикой;  chromosomenumber2N – число хромосом; chromosomenumber2NReferences – библиографическая цитата (выходные данные), где опубликовано значение числа хромосом (статья, монография, электронный ресурс – база знаний); chromosomenumber2NLink – ссылка на ресурс в сети Интернет, где опубликовано значение числа хромосом (статья, монография, электронный ресурс – база знаний); associatedReferences – библиографическая цитата (выходные данные), где опубликованы сведения по значению размера генома (статья, монография, электронный ресурс – база знаний); associatedLinkReferences – ссылка на ресурс в сети Интернет, где опубликованы сведения по значению размера генома (статья, монография, электронный ресурс – база знаний); basisOfRecord: указываете 1) «PreservedSpecimen» – это только образец в гербарии (дублет образца) или 2) LivingSpecimen – живой образец в из культуры или дикой природы; country - название страны, где произведен сбор; countryCode – код страны по ISO 3166-1 alpha-2; family – название семейства; genus – название рода; specificEpithet – видовой эпитет; scientificName – видовое название с указанием автора; catalogNumber – внутренний номер (в экспедиции, номер образца для исследования и пр.); recordedBy – автор(ы) сбора; verbatimLocality — указание места сбора согласно сведениям этикетки; decimalLatitude – широта (в десятичном формате); decimalLongitude — долгота (в десятичном формате); MinimumElevationInMeters – минимальное значение высоты над уровнем моря в метрах; eventDate – дата сбора (в формате ГГГГ-ММ-ДД); identifiedBy – автор, определивший таксон; typeStatus – указание на типовой материал; locationRemarks – экология вида, согласно этикеточным сведениям.

1. http://genome.asu.ru – веб-сервер Apache, mySQL,PHP, Smarty 3.1, JavaScript,HTML,CSS

2. http://altb.asu.ru/ipt: IPT (Integrated Publishing Toolkit), Java, веб-сервер Apache, службывеб-приложений TomCat 7.

3. Спецификация Darwin Core (https://dwc.tdwg.org), как единая библиотека для интеграциибиоданных.

4. http://altaiflora.asu.ru – CMS WordPress

5. MOOC «Компьютерные технологии в биологии» – функционал платформы Stepik.

Перспективным и потенциально обладающем высокой степенью коммерциализации проекта является направление контроля качества продукции растительного происхождения (для организаций пищевой и перерабатывающей промышленности). Также, предприятия занимающиеся реализацией и созданием сортов, культур и линий растений заинтересованы в услугах оценки величины генома для выявления перспективных гибридов сельскохозяйственных, овощных и прочих групп растений. Сведения о величине генома диких сородичей культурных растений флоры Алтая для более чем 70 видов растений в рамках реализуемого ИТ-проекта уже являются открытыми и общедоступными. Данные находятся в непрерывном обновлении и пополнении актуальными сведениями регулярно по результату экспедиционных исследований. Разработка базы данных размеров геномов хозяйственно-ценных, редких и эндемичных растений поддержана Федеральной научно-технической программой развития генетических технологий на 2019–2027 годы «Биоресурсные коллекции» Российской Федерации. Работы ведутся совместно с ключевым партнером Ботаническим институтом им. В.Л. Комарова РАН. Выполнение задач ИТ-проекта является целенаправленным процессом изучения и сохранения растительного мира Алтайской горной страны в рамках международной программы «Barcode of Life Initiative» – https://ibol.org (подпроект «BIOSCAN» на период 2019–2026), включенной в основу формируемой системы наблюдения Земли до 2045 года («Planetary Biodiversity Mission»). Исполнители проекта обучаются навыкам информатики биоразнообразия на онлайн курсе «Компьютерные технологии в биологии» на Stepik (автор – Ваганов А.В., https://stepik.org/course/60859/) в рамках международного проекта «BioDATA Advanced – баркодинг ДНК, биологические коллекции и полевые наблюдения для целей ускоренного исследования биоразнообразия». Этот международный проект выполняется сотрудниками Южно-Сибирского ботанического сада совместно с Музеем естествознания в университете Осло и Южноафриканским Институтом Биоразнообразия (https://www.asu.ru/search/news/41353/). Проект рассчитан на период до 2025 года, поддерживается Норвежским агентством по международному сотрудничеству и повышению качества высшего образования в рамках масштабной программы UTFORSK.

Наличие сведений о генетических ресурсах растительного разнообразия является стратегической задачей для алтайского макрорегиона и России в целом. Важным моментом является перепроверяемость и общедоступность сведений. Оцифровка естественнонаучных коллекций также является мощным инструментом для систематизации коллекционных фондов и повышения эффективности управления ими через быстрый доступ к образцам и связанной с ними информации. Доступ к данным размерах геномов, как одном из самых достоверных способов в точной идентификации растений, важно организовывать посредством Сети Интернете. Это повышает востребованность коллекций, чаще вовлекая тот или иной образец в научный и прикладной оборот. В этом контексте биоразнообразие и знания о нем необходимо рассматривать в качестве базового природного актива, потеря которого может привести к деградации ряда экосистемных услуг, что нанесет ущерб благополучию жизнедеятельности людей. 

Общий открытый доступ к исходным данным исследования позволит более обоснованно и точно идентифицировать таксоны и прослеживать динамику их ареалов. В прикладном аспекте идентификация растительных объектов напрямую влияет на решение социальных проблем экологической безопасности, входит в продовольственную повестку, а также не менее значимо для природоохранной деятельности на трансграничной территории России, Казахстана, Китая и Монголии. Алтайский край заинтересован в данных о растительных объектах. Задачи ИТ прокат в полной мере согласуются с приоритетами национальных проектов «Экология», «Наука» и «Образование», и способствуют развитию перспективных рынков Национальной технологической инициативы региона: FoodNet, HealthNet и SafeNet. Экономически это важно в связи с возрастающим ростом экспорта Алтайского края в части продукции сельского хозяйства и продуктов питания.

Благодаря высокой цели ИТ-проекта авторы регулярно стараются привлекать ресурсы для развития. В подтверждение этого были выигран грант РНФ «Изучение фиторазнообразия и генетических ресурсов Алтайской горной страны на основе больших данных» (рук. – Ваганов А.В., проект скоординирован с Министерством образования и науки Алтайского края, 2022–2023 гг.), ФНТП развития генетических технологий «Биоресурные коллекции» РФ и выполнение хоздоговорных работ от реального сектора экономики по тематике проекта. 

Актуальность проекта определена высоким биоресурсным потенциалом Алтая, в части:

– анализа генетических ресурсов Алтая и ресурсная оценка хозяйственно-ценных, редких и эндемичных растений;

– развитие крупнейшей научной цифровой коллекции Гербария ALTB и коллекции живых растений АлтГУ, интродуцированных с территории Алтая;

– цифровая геопространственная инвентаризация и прогнозная оценка ареалов перспективных видов растений Алтайской горной страны;

– молекулярно-генетический анализ петалоидной стерильности в цитоплазме клеток перспективных в хозяйственном плане видов растений;

– оценка величины генома видов растений в решении прикладных задач пищевой и перерабатывающей промышленностей Алтайского края.

Функциональным решением ИТ-проекта, что также делает его уникальным на национальном поле прочих проектов, является тот факт, что он объединяет молекулярно-генетические и цифровые технологии (биоинженерия – «оценка размера генома» и «информатика биоразнообразия» – оцифровка естественно-научных коллекций). Инвентаризационный номер базы данных соответствует сквозному номеру коллекции Гербария ALTB (Алтайский госуниверситет, Барнаул). Это позволяет объединять группы пользователей (пользователь БД, пользователь гербарной коллекции и пользователь лаборатории), а также проследить цикл образца – от экспедиционной этикетки до ваучера из научной статьи, либо DOI метаданных датасета GBIF. Сведения о размере генома также легко отслеживаемы по единому инвентаризационному номеру, либо по названию растения. Инвентаризационный номер образца объединяет все элементы проекта воедино. Такая модель базы данных позволяют поднять уровень исследований по биоресурсным коллекциям на новый уровень, обеспечивая в ряде ботанических направлений экспоненциальный рост и мобилизацию эмпирических данных. Инструменты базы данных позволят решать в исследовательском и образовательном плане ряд стратегических задач в части продовольственной безопасности и здоровьесбережения.

Интерфейс сайта адаптирован под различные тип устройств. Данные о генетическом потенциале лекарственных, пищевых и редких видов растений Алтая методами современных ГИС послужат серьезной прикладной опорой для оценки экономического потенциала трансграничного региона и Алтайского края. С помощью развития данного проекта мы постараемся преодолеть низкий уровень исследовательской грамотности по работе в международных стандартах информатики биоразнообразия, что, в конечном счете, позволит подготовить специалистов, которые будут способны производить качественный и эффективный мониторинг биоресурсов региона.