Научная школа "Высокопроизводительное секвенирование: получение, анализ данных и их использование в филогенетике"

Осенняя школа для студентов, аспирантов и молодых ученых

Москва, МГУ

октябрь 2014

О школе

Научно-практическая школа по высокопроизводительному секвенированию – это образовательный проект для специалистов, имеющих опыт работы в области систематики растений, животных и микроорганизмов, а также молодых ученых и аспирантов, планирующих применение методов молекулярной филогенетики в ближайшем будущем.

На школе будут освещены основные аспекты и методологические подходы молекулярной филогенетики, современное состояние этой области знаний в России и за ее пределами.

Слушатели школы познакомятся с методами высокопроизводительного секвенирования и сравнительной геномики. В рамках лекционно-семинарских занятий будут освещены базовые навыки работы в UNIX окружении, язык программирования R и его применение для анализа геномных данных, алгоритмы и программы для полногеномной сборки, а также использование баз данных, в частности NCBI, и поиска в них, в том числе по гомологии средствами BLAST. В процессе работы над реальной задачей участники школы изучат на практике основные технологические этапы приготовления библиотек ДНК, получат навыки анализа геномных данных с применением современного программного обеспечения, а также их использования для конкретных задач молекулярной филогенетики.

Расписание

Скачать в формате PDF

Понедельник 29 сентября

Время	Событие	Лектор	Место	Тема	Материалы
09:30–10:00	Регистрация		Конференц-зал
10:00–10:15	Открытие школы		Конференц-зал
10:15–11:45	Лекция	М.Д. Логачева	Конференц-зал	NGS и его применение в различных областях биологической науки	Презентация
11:50–13-00	Лекция	Д.Ю. Щербаков	Конференц-зал	Калейдоскоп видов байкальских беспозвоночных и определяющие его факторы
13:00–14:00	Обед		Кафе “Улей”
14:00–15:30	Лекция	Г.А. Базыкин	Конференц-зал	Что форма дерева рассказывает нам об эволюции	Презентация
15:35–16:45	Лекция	Н.И. Абрамсон	Конференц-зал	Филогеография и филогенетика в эпоху НГС: новые горизонты.	Презентация
16:45–18:00	Лекция	М.А. Никитин	Конференц-зал	Базовые методы работы с нуклеиновыми кислотами. Техника безопасности и правила работы в молекулярно-генетической лаборатории.

Вторник 30 сентября

Время	Событие	Лектор	Место	Тема	Материалы
10:00–13:00	Лекция	М.Д. Логачева, А.А. Пенин	Практикум	Подготовка ДНК библиотек для секвенирования на приборе MiSeq (Illumina) – обзор экспериментальных процедур
13:00–14:00	Обед		Кафе “Улей”
14:00–15:00	Практикум	М.Д. Логачева, А.А. Пенин	Практикум	Подготовка ДНК библиотек для секвенирования на приборе MiSeq (Illumina), блок 1 (фрагментация ДНК, репарация концов)	Протокол фрагментации
15:00–16:00	Лекция	В.В. Алёшин	Компьютерный класс	Молекулярная филогенетика. Принципы построения филогенетических деревьев по молекулярным данным	Презентация
16:00–17:00	Лекция	С.А. Спирин	Компьютерный класс	Молекулярная филогенетика (лекция 2). Филогенетические деревья: терминология, разновидности, свойства	Презентация
17:00–17:15	Перерыв
17:15–19:15	Лекция и Практикум	А.В. Алексеевский	Компьютерный класс	ОС UNIX	Задания и инструкции

Среда 1 октября

Время	Событие	Лектор	Место	Тема	Материалы
10:00–13:00	Практикум	М.Д. Логачева, А.А. Пенин	Практикум	Подготовка ДНК библиотек для секвенирования на приборе MiSeq (Illumina), блок 2 (аденилирование, лигирование, очистка)	Подготовка ДНК библиотек
13:00–14:00	Обед		Кафе “Улей”
14:00–16:00	Практикум	М.Д. Логачева, А.А. Пенин	Практикум	Получение ДНК библиотек для секвенирования на приборе MiSeq (Illumina)
16:00–17:00	Лекция	А. Касьянов	Компьютерный класс	Теория геномной сборки. Графы. Источники артефактов при сборке.	Презентация
17:00–17:15	Перерыв
17:15–18:45	Лекция	А. Артемов, Е. Ставровская, С. Виноградова.	Компьютерный класс	Язык программирования R (лекция1). R. Знакомство со средой Rstudio. Структуры данных: векторы и матрицы. Арифметические действия с векторами. Построение графиков и гистограмм	Презентация

Четверг 2 октября

Время	Событие	Лектор	Место	Тема	Материалы
10:00–13:00	Практикум	М.Д. Логачева, А.А. Пенин	Практикум	Подготовка ДНК библиотек для секвенирования на приборе MiSeq (Illumina), блок 3 (амплификация, очистка, проверка качества)
13:00–14:00	Обед		Кафе “Улей”
14:00–16:00	Практикум	М.Д. Логачева, А.А. Пенин	Практикум	Запуск прибора MiSeq (Illumina)
16:00–17:00	Лекция	С.А. Спирин	Компьютерный класс	Молекулярная филогенетика (лекция 3). Обзор методов реконструкции филогенетических деревьев. Сравнение деревьев. Приёмы "бутстрэп" и "складной нож".	Презентация
17:00–17:15	Перерыв
17:15–18:45	Лекция	Т.Х. Самигуллин	Компьютерный класс	Молекулярная филогенетика (лекция 4). Метод максимального правдоподобия.	Презентация

Пятница 3 октября

Время	Событие	Лектор	Место	Тема	Материалы
10:30–14:30	Конференция	Участники и спонсоры школы	Конференц-зал
14:30–15:30	Обед		Кафе “Улей”
15:30–16:30	Лекция	Д.А. Алексеевский	Компьютерный класс	ОС UNIX(лекция 2)	Задания и инструкции
16:30–17:30	Лекция	А. Артемов, Е. Ставровская, С. Виноградова.	Компьютерный класс	Язык программирования R (лекция 2). Загрузка данных из файлов. Структура данных data frame. Базовая статистика (t-test, тест Уилкоксона, тест Колмогорова-Смирнова).	Презентация
17:30–17:45	Перерыв
17:45–19:15	Практикум	К.В. Михайлов, А. Касьянов, М. Щелкунов, Д.В. Горюнов	Компьютерный класс	Препроцессинг, оценка качества NGS данных и их ассемблирование	Методические материалы, Презентация

суббота 4 октября

Время	Событие	Лектор	Место	Тема	Материалы
09:40–13:00	Конференция	Участники и спонсоры школы	Конференц-зал
13:00–15:00	Обед		ГЗ МГУ
15:00–16:00	Лекция	А. Артемов, Е. Ставровская, С. Виноградова	Компьютерный класс	Язык программирования R (лекция 3). Тест ассоциации факторов (тест χ2 и точный тест Фишера). Программирование на R: циклы, условия, функции. Функциональное программирование (apply). SQL-подобные операции с таблицами.	Tutorial Презентация
16:00–17:00	Лекция	А. Костикова	Компьютерный класс	Молекулярная филогенетика (лекция 5).Датировка филогенетических деревьев	Презентация
17:00–17:15	Перерыв
17:15–18:15	Лекция и Практикум	А. Костикова	Компьютерный класс	Молекулярная филогенетика. Форматы данных, используемые в филогенетическом анализе.	Практикум
18:15–19:15	Практикум	А. Костикова	Компьютерный класс	Молекулярная филогенетика. Работа с пакетами Phyml и MrBayes.	Практикум

Воскресенье 5 октября выходной

Понедельник 6 октября

Время	Событие	Лектор	Место	Тема	Материалы
10:00–11:00	Лекция	В.В. Алёшин, М.А. Никитин	Компьютерный класс	Устройство NCBI; таксономический браузер; средства BLAST; Геномные базы помимо NCBI и поиск гомологичных последовательностей в них.
11:00–13:00	Лекция и Практикум	К.В. Михайлов, А. Касьянов, М. Щелкунов, Д.В. Горюнов	Компьютерный класс	Ассемблирование NGS данных и оценка качества сборки	Презентация Подсказки
13:00–14:00	Обед		Кафе “Улей”
14:00–15:00	Практикум	А. Костикова	Компьютерный класс	Молекулярная филогенетика. Работа с пакетами BEAST в BEAUTi.	Практикум
15:00–16:00	Лекция	А. Костикова	Практикум	Молекулярная филогенетика (лекция 6). Макроэволюция и сравнительные методы. Введение.	Презентация
16:00–16:15	Перерыв
16:15–17:15	Лекция	А. Костикова	Компьютерный класс	Молекулярная филогенетика (лекция 7). Макроэволюция и сравнительные методы. Непрерывные модели морфлогической эволюции.	Презентация
17:15–18:15	Практикум	А. Костикова	Компьютерный класс	Молекулярная филогенетика. Базовые манипуляции с деревьями в R. Расчет филогенетического сигнала и его интерпретация.	Практикум

Вторник 7 октября

Время	Событие	Лектор	Место	Тема	Материалы
10:00–11:00	Практикум	А. Костикова	Компьютерный класс	Молекулярная филогенетика. Тестирование Броуновской модели и модели Орнштейна-Уленбека. Стохастическое картирование признаков	Практикум
11:00–12:00	Лекция	А. Костикова	Компьютерный класс	Молекулярная филогенетика (лекция 8). Макроэволюция и сравнительные методы. Дискретные модели.	Презентация
12:00–13:00	Практикум	А. Костикова	Компьютерный класс	Молекулярная филогенетика.Моделирование дискретных признаков методом максимального правдоподобия в R и BayesTrait 1
13:00–14:00	Обед		Кафе “Улей”
14:00–15:00	Лекция	А. Костикова	Компьютерный класс	Молекулярная филогенетика (лекция 9). Макроэволюция и сравнительные методы. Диверсификации
15:00–16:30	Практикум	А. Костикова	Компьютерный класс	Молекулярная филогенетика.Оценка графика Lineage-through-time. Тестирование гипотезы о влиянии дискретного признака на скорость диверсификации (Diversitree).
16:30–16:45	Перерыв
16:45–18:15	Практикум	К.В. Михайлов, А. Касьянов, М. Щелкунов, Д.В. Горюнов	Компьютерный класс	Аннотация собранных последовательностей	Презентация output.cegma.fa

Среда 8 октября

Время	Событие	Лектор	Место	Тема	Материалы
10:30–13:00	Экскурсия		Музей Земелеведения МГУ
13:00–14:00	Обед		Кафе “Улей”
14:00–15:30	Лекция	А. Артемов, Е. Ставровская, С. Виноградова	Компьютерный класс	Язык программирования R (лекция 4). Линейные модели и обобщенные линейные модели (glm). Предсказание и кросс-валидация. ANOVA.	Tutorial Презентация
15:30–16:30	Лекция	Д.А. Алексеевский	Компьютерный класс	ОС UNIX.(лекция 3)	Задания и инструкции
16:30–16:45	Перерыв
16:45–18:15	Практикум	К.В. Михайлов, Д.В. Горюнов	Компьютерный класс	Поиск и кластеризация ортологичных последовательностей	CEGMA_output.zip

Четверг 9 октября

Время	Событие	Лектор	Место	Тема	Материалы
10:00–13:00	Практикум	К.В. Михайлов, А. Касьянов, М. Щелкунов, Д.В. Горюнов	Компьютерный класс	Самостоятельная работа по обработке NGS данных
13:00–14:00	Обед		Кафе “Улей”
14:00–15:30	Лекция	А. Артемов, Е. Ставровская, С. Виноградова	Компьютерный класс	Язык программирования R (лекция 5). Многомерные методы: метод главных компонент (PCA). Кластеризация, работа с древовидными структурами данных в R. Классификаторы (SVM, PLS-DA, деревья принятия решений).	Tutorial Презентация
15:30–17:00	Практикум	К.В. Михайлов, Д.В. Горюнов	Компьютерный класс	Построение матрицы для филогенетического анализа. Реконструкция филогении.
17:00–17:15	Перерыв
17:15–19:00	Практикум	К.В. Михайлов, А. Касьянов, М. Щелкунов, Д.В. Горюнов	Компьютерный класс	Самостоятельная работа по обработке NGS данных

Пятница 10 октября

Время	Событие	Лектор	Место	Тема	Материалы
11:00–12:00	Лекция	Д. Д. Соколов	Компьютерный класс
12:05–13:30	Лекция	В.В. Алёшин	Компьютерный класс	Молекулярная филогенетика: успехи и перспективы
13:30–14:30	Обед		Кафе “Улей”
14:30–16:00	Лекция	А. Артемов, Е. Ставровская, С. Виноградова	Компьютерный класс	Язык программирования R (лекция 6). BioconductoR. Обработка данных RNA-seq (DESeq). Чтение bam-файлов, вычисление геномного покрытия (Rsamtools). Аннотация полиморфизмов	Tutorial Презентация
16:00–18:00	Практикум	К.В. Михайлов, А. Касьянов, М. Щелкунов, Д.В. Горюнов	Компьютерный класс	Самостоятельная работа по обработке NGS данных	Презентация

суббота 11 октября

Время	Событие	Лектор	Место	Тема	Материалы
10:00–11:00	Лекция	С.В. Горюнова	Компьютерный класс	Таргетное секвенирование ампликонов и подходы complexity reduction в приготовлении ДНК библиотек. Особенности пробоподготовки и возможности использования для реконструкции филогении	Презентация
11:00–12:30	Лекция	Б.Ф. Ванюшин	Компьютерный класс	Совсем немного об эпигенетике	Презентация
12:30–12:45	Закрытие школы		Компьютерный класс
13:00–…	Фуршет		Кафе “Улей”

воскресенье 12 октября. Отъезд участников

Программа

Лекции, семинары и практические занятия

Методы секвенирования нового поколения (NGS)
Логачева М.Д., Пенин А.А. (ФББ МГУ), Горюнова С.В. (ИОГен РАН)
Обработка NGS данных и филогенетический анализ
Костикова А. (University of Lausanne), Михайлов К.В., Касьянов А. (ИОГен РАН), Щелкунов М. (ФББ МГУ), Никитин М.А., Горюнов Д.В. (НИИ ФХБ МГУ)
Молекулярная филогенетика
Алёшин В.В., Михайлов К.В., Самигуллин Т.Х., Спирин С.А. (НИИ ФХБ МГУ)
Unix и язык программирования R
Алексеевский Д.А., Артемов А.В. (ФББ МГУ)

Программное обеспечение, используемое на школе

Ubuntu
ОС UNIX
RStudio
Среда RStudio
FastQC
Оценка качества чтений
Trimmomatic
Удаление последовательностей адаптеров из чтений
Jellyfish
Вычисление распределения частот k-меров в ридах
Velvet
Ассемблер NGS данных (OpenMP)
Ray
Ассемблер NGS данных (MPI)
SPAdes
Ассемблер NGS данных с возможностью работать с неравномерным покрытием
QUAST
Оценка качества сборок по статистическим параметрам
CEGMA
Оценка полноты сборки эукариотического генома
Scipio
картирование аминокислотной последовательности транскрипта на нуклеотидную последовательность гена
Augustus
Ab initio предсказание генов в эукариотическом геноме
BLAST
Поиск последовательностей по сходству
OrthoMCL
Пайплайн для кластеризации ортологов
MCL
Реализация алгоритма Markov Cluster
MAFFT
Выравнивание последовательностей
trimAl
Удаление сомнительных участков из выравнивания
SCaFoS
Конкатенация выравниваний
TREE-PUZZLE
Реконструкция деревьев методом максимального правдоподобия
RAxML
Реконструкция деревьев методом максимального правдоподобия
Phylobayes
Реконструкция деревьев методом Байеса
MrBayes
Реконструкция деревьев методом Байеса

Ключевые даты

Подача заявки на участие в школе:: до 31.07.2014
Объявление результатов конкурсного отбора на школу:: 14.08.2014
Для прошедших отбор на школу – подача тезисов стендовых докладов о текущей научной деятельности:: до 28.08.2014
Заезд участников:: 28.09.2014
Отъезд участников:: 12.10.2014

Участникам

Дорогие друзья,

Оргкомитет искренне благодарит всех подавших заявки на участие школе. К сожалению, мы не смогли зачислить всех желающих. Составление списка слушателей оказалось очень непростой задачей: не хватило мест даже очень сильным кандидатам. Мы надеемся, что наша школа станет регулярным научным мероприятием и площадкой для обмена опытом в области филогенетики и близких дисциплин. Надеемся в будущих наших проектах увидеть коллег, которых мы не смогли пригласить в этом году.

Желаем успехов!

Оргкомитет школы.

Список участников:

Бардашев Виктор Александрович, Москва

Беломестных Туяна Валерьевна, Иркутск

Бодров Семен Юрьевич, С.-Петербург

Бондаренко Наталья Ивановна, С.-Петербург

Козлова Ольга Сергеевна, Казань

Коновалова Ольга Петровна, Москва

Костыгов Алексей Юрьевич, С.-Петербург

Лёвин Борис Александрович, Борок

Макаренко Максим Станиславович, Ростов-на-Дону

Матвеева Мария Владимировна, Казань

Микрюков Владимир Сергеевич, Екатеринбург

Никулин Артур Юрьевич, Владивосток

Новикова Дарья Дмитриевна, Новосибирск

Паренюк Елена Юрьевна, Украина

Плотников Андрей Олегович, Оренбург

Романова Елена Владимировна, Иркутск

Сиротинина Елена Александровна, Иркутск

Темралеева Анна Дисенгалиевна, Пущино

Тумурова Оюна Дондоковна, Улан-Удэ

Туранов Сергей Викторович, Владивосток

Шмакова Любовь Александровна, Пущино

Тематический план школы

Получение данных на секвенаторах нового поколения

Общие сведения о типах секвенаторов нового поколения, принципах их работы, производительности, области применения и ценах на расходные материалы; краткая характеристика приборов фирм Illumina (HiSeq2000, MiSeq), Life Technologies (Ion Torrent, Ion Proton; SOLiD 5500), 454 пиросеквенирование от фирмы Roche (GS FLX System , GS Junior System); перспективные методы секвенирования единичных молекул; одиночные и парные чтения (paired-end sequencing), секвенирование спаренных концов (mate pair sequencing), мультиплексное секвенирование, приготовление и секвенирование библиотек кДНК и ампликонов;

Практическое приготовление геномных библиотек и ампликонов для секвенирования на секвенаторе Illumina MiSeq.

Анализ данных высокопроизводительного секвенирования

Оценка качества полученных на предыдущем этапе данных секвенирования, фильтрация некачественных прочтений, удаление адаптеров и других технических последовательностей и контаминантов, общие сведения и базовая теория полногеномной сборки: составление контигов, построение скэффолдов, картирование чтений на сборку; программы сборки, подбор значения параметра величины k-мера, поиск Эйлеровых путей в графе Де Бройна; выявление и исправление ошибок сборки; базовые статистики и подходы к валидации полученной сборки, аннотация: поиск открытых рамок, экзон-интронных границ, установление принадлежности предсказанного гена и кодируемого им продукта к известным семействам и функциональным группам; программы для аннотации;

Практическое осуществление сборки и аннотации по результатам геномного секвенирования на Illumina MiSeq.

Методы молекулярной филогенетики

Общие сведения о постановке филогенетических задач, таксономических выборках и подборе ортологичных генов для сравнения; электронные базы данных; поиск в базе данных NCBI по ключевым словам, таксономическому браузеру и с помощью средств BLAST; выравнивание; матричные и символьно-ориентированные методы построения дерева (методы UPGMA, связывания ближайших соседей, максимальной экономии, максимального правдоподобия, байесовы методы); мультигенный анализ: построение суперматрицы и супердерева; выявление посторонних последовательностей;

Подбор генов из новых данных, дополнение таксономической выборки из электронных баз данных ортологичными генами, множественное выравнивание, введение маски, построение филогенетических деревьев по отдельным генам, конкатенирование, построение филогенетического дерева по суперматрице.

Основы операционной системы UNIX

UNIX – основная операционная система суперкомпьютеров. В курсе будут даны основные понятия UNIX, основные принципы командной строки, базовые команды, установка и запуск программ на суперкомпьютере.

Язык программирования R и его применение в биоинформатике (в частности для анализа геномных данных).

R – язык программирования для статистической обработки данных и их визуализации. Нашел широкое применение в биоинформатике для решения широкого круга задач, в том числе для обработки NGS данных и филогенетического анализа.

Оргкомитет

Председатель оргкомитета:

Богданов А.А., д.х.н., профессор, академик РАН (МГУ имени М.В.Ломоносова, г. Москва)

Члены оргкомитета:

Алёшин В.В., заместитель председателя, д.б.н. (МГУ имени М.В.Ломоносова, г. Москва)
Горюнов Д.В., к.б.н. (МГУ имени М.В.Ломоносова, г. Москва)
Горюнова С.В., к.б.н. (Институт общей генетики РАН, г. Москва)
Занегина О.Н., секретарь (МГУ имени М.В.Ломоносова, г. Москва)
Игнатов М.С., д.б.н. профессор (Главный ботанический сад им. Н.В. Цицина РАН, г. Москва)
Карпов С.А., д.б.н. профессор (Зоологический институт РАН, г. С.-Петербург)
Логачёва М.Д., к.б.н. (МГУ имени М.В.Ломоносова, г. Москва)
Мирабдуллаев И.М., д.б.н., профессор (Институт генофонда растительного и животного мира АН РУз, г. Ташкент)
Михайлов К.В. (МГУ имени М.В.Ломоносова, г. Москва)
Никитин М.А. (МГУ имени М.В.Ломоносова, г. Москва)
Русин Л.Ю., к.б.н. (Институт проблем передачи информации им. А.А. Харкевича РАН, г. Москва)

Приглашенные лекторы:

Абрамсон Н.И., д.б.н., профессор (Зоологический институт РАН, г. С.-Петербург)
Базыкин Г.А. PhD (Институт проблем передачи информации им. А.А. Харкевича РАН, МГУ имени М.В.Ломоносова, Факультет биоинженерии и биоинформатики, г. Москва)
Кондрашов А.С. (Мичиганский университет, США; МГУ имени М.В.Ломоносова, г. Москва) http://lsi.umichcreative.org/labs/alexey-kondrashov-lab ; http://evolgenomics.fbb.msu.ru/home ;
Костикова А. (Университет Лозанны, Швейцария), http://www.phylogenetics.ru/lang/ru/about/
Соколов Д.Д., д.б.н, профессор (МГУ имени М.В.Ломоносова, Биологический факультет)
Щербаков Д.Ю., д.б.н., профессор (Лимнологический институт РАН, г. Иркутск), http://sherb.lin.irk.ru/index_ru.html