🧬 Описание пейплайна
Phytophthora infestans и другие патогены растений ежегодно уничтожают до 20–40% урожая картофеля и томатов в России. Традиционная диагностика — визуальная оценка агронома или лабораторный анализ (3–7 дней). К моменту получения результата инфекция распространяется по полю.
Наш пайплайн выполняет метагеномное нанопоровое секвенирование (mNGS) образца растительной ткани или почвы прямо на месте посева. За несколько часов агроном получает: точный список выявленных патогенов и — критично для защиты урожая — профиль устойчивости к фунгицидам, позволяющий выбрать действительно эффективный препарат.
- 📥 На входе: Сырые данные в формате
FASTQ после High Accuracy basecalling (Dorado SUP, химия R10.4.1). Материал: гомогенат листа/клубня/корня, почвенный смыв.
- 📤 На выходе: HTML-отчёт для агронома — выявленные патогены, количественная представленность, профиль резистентности к фунгицидам и рекомендации по обработке.
📊 Доступность продукта
| Платформа |
Статус доступности |
| OnSiteSeq Cockpit Edge |
🟡 В разработке |
| OnSiteSeq Cockpit Desktop |
🟡 В разработке |
| OnSiteSeq Cockpit Cloud |
🔴 Не доступно |
🌿 Определяемые патогены
| Патоген |
Заболевание |
Ключевые культуры |
| Phytophthora infestans |
Фитофтороз (поздний ожог) |
Картофель, томат |
| Phytophthora sojae |
Корневая гниль сои |
Соя |
| Fusarium oxysporum |
Фузариозное увядание |
Томат, огурец, зерновые |
| Fusarium graminearum |
Фузариоз колоса |
Пшеница, ячмень |
| Alternaria solani |
Ранний ожог, альтернариоз |
Картофель, томат |
| Botrytis cinerea |
Серая гниль |
Виноград, земляника, овощи |
| Pythium spp. |
Корневые гнили, демпинг-офф |
Сеянцы, рассада |
| Plasmopara viticola |
Мучнистая роса (ложная) |
Виноград |
| Peronospora spp. |
Ложная мучнистая роса |
Подсолнечник, лук |
🎯 Гены устойчивости к фунгицидам
Устойчивость к фунгицидам — прямой аналог AMR в медицине. Пайплайн анализирует молекулярные маркеры резистентности для каждого выявленного патогена:
Phytophthora infestans
| Ген |
Мутации |
Фунгицид |
| CesA3 (целлюлозосинтаза) |
G1105S, G1105V |
Мандипропамид, диметоморф (CAA-фунгициды) |
| RPA70 |
V799A |
CAA-фунгициды |
| Ras2 / другие |
Полиморфизмы |
Металаксил / Мефеноксам (фениламиды) |
| Cytb (цитохром b) |
G143A, F129L |
Стробилурины (азоксистробин, крезоксим-метил) |
Fusarium spp.
| Ген |
Мутации |
Фунгицид |
| CYP51 (ланостерол 14α-деметилаза) |
I381V, Y461D, S524T + промотор ins |
Азолы (тебуконазол, протиоконазол) |
| β-тубулин |
E198A, F200Y |
Бензимидазолы (тиабендазол, МБЦ) |
Botrytis cinerea
| Ген |
Мутации |
Фунгицид |
| BcCYP51 |
Множественные мутации + тандемные повторы |
Азолы (тебуконазол) |
| BcMrr1 |
Активирующие мутации |
SDHI-фунгициды (боскалид) |
| BcSdhB/C/D |
H272R, P225L |
SDHI-фунгициды |
| β-тубулин |
E198A, F200Y |
Бензимидазолы |
Профиль фунгицидов в отчёте
| Фунгицид |
Класс |
Значение |
| Металаксил / Мефеноксам |
Фениламиды |
Системный; металаксил-устойчивый P. infestans распространён в РФ |
| Мандипропамид / Диметоморф |
CAA |
Высокоактивен против оомицетов |
| Азоксистробин / Крезоксим-метил |
Стробилурины (QoI) |
Широкий спектр; G143A → полная резистентность |
| Тебуконазол / Протиоконазол |
Триазолы (DMI) |
Основа защиты зерновых от фузариоза |
| Боскалид / Флуксапироксад |
SDHI |
Высокий риск резистентности у Botrytis |
| Тиабендазол |
Бензимидазолы |
Высокий уровень резистентности у Botrytis и Fusarium |
⚙️ Версии и ML-модели
Основной инструмент
| Компонент |
Статус |
| OnSiteSeq Фито Pipeline |
🟡 В разработке |
Планируемые ML-модели
| Модель |
Целевая задача |
| PhytoPathogen-Classifier |
Метагеномная классификация патогенов растений (k-мерный CNN) |
| PhytoRes-Detector |
Предсказание устойчивости к фунгицидам по молекулярным маркерам |
| PhytoQuant |
Количественная оценка тяжести заражения по концентрации патогена в образце |
Обучение на геномах из NCBI RefSeq Fungi/Oomycota, PHI-base (Pathogen-Host Interaction database) и базе маркеров резистентности FRAC (Fungicide Resistance Action Committee).
🛠 Под капотом: Зависимости и Окружение (Pipeline Stack)
| Этап пайплайна |
Ключевые библиотеки и инструменты |
| 1. Контроль качества (QC) |
porechop_abi, NanoFilt, pigz |
| 2. Деплеция хозяйских ридов |
minimap2 (ref: геном картофеля S. tuberosum DM v6.1) |
| 3. Метагеномная классификация |
Kraken2 + Bracken (кастомная БД: грибы + оомицеты RefSeq) |
| 4. ITS-баркодирование |
minimap2 vs UNITE (ITS1/ITS2 база грибов и оомицетов) |
| 5. Детекция генов резистентности |
Кастомная база FRAC-маркеров + snpEff |
| 6. ML-инференс |
PyTorch, pandas, scikit-learn |
🌍 Глобальный контекст
- Экономика — мировые потери урожая от P. infestans оцениваются в $6–7 млрд ежегодно. В России фитофтороз поражает до 50% посевов картофеля в дождливые сезоны.
- Ирландский голод (1845–1852) — исторический пример: P. infestans уничтожил практически весь урожай картофеля в Ирландии, унеся более 1 млн жизней.
- Металаксил-резистентность — устойчивые популяции P. infestans зафиксированы во всех картофелепроизводящих регионах России. Агроном без молекулярной диагностики применяет неэффективный препарат.
- FRAC (Fungicide Resistance Action Committee) — международный комитет, ведущий мониторинг резистентности к фунгицидам; Россия участвует в рамках EUROBLIGHT для P. infestans.
🔬 Связанные источники
© 2026 Роман Горбенко, МФТИ-стартап "OnSiteSeq - Секвенирование на месте (у кровати / у стола / в поле)"