Elixir logo

Tavoitteena kansallinen palvelu perimästä saadun datan hyödyntämiseen terveydenhuollossa

Parempaa satoa luvassa? Myös data kerätään jatkossa talteen

Mikrobit ja ilmastonmuutos

Suomalaisten koko perimä talteen? Datasta hyötyä tautien tutkimiseen

Molekyylidatasta saadaan paljon hyötyä tautien tutkimiseen

ELIXIR esittelee uudessa julkaisussaan neljä tiedealaa, jotka hyödyntävät sen palveluja

Proteiinien rakenteen selvittämisen avulla uusia lääkemolekyylejä

Tulevia tapahtumia

BBMRI.fi: yhteinen biopankkien IT-infrastruktuuri

BBMRI.fi: yhteinen biopankkien IT-infrastruktuuri

Saimaannorppa apuna populaatioiden perimän tutkimisessa

"No country can manage in isolation"

BioSB RNA- seq data analysis course (5th edition) Mon 07- 09.09.2015 Leiden, Netherlands

ELIXIR Curation Hackathon I :. Registration of Tools & Data Services November 19 - 21, CBS-DTU, Denmark

ELIXIR Innovation and SME Forum: Turning big data into growth. University of Copenhagen, Denmark, Nov 24-25, 2014

ELIXIR Denmark - First Annual Danish Bioinformatics Conference, Odense, Denmark, Aug 27-28, 2015

The EMBO conference: "The biochemistry and chemistry of biocatalysis: From understanding to design" June 12 (Sunday) to June 15 (Wednesday) 2016, University of Oulu, Oulu, Finland.

Web-mikroskooppi tallentaa kudosnäytteet pilveen

Saimaannorppa apuna populaatioiden perimän tutkimisessa

ELIXIR uutiskirje on ilmestynyt!

Web-mikroskooppi tallentaa kudosnäytteet pilveen

Mustit ja Murret ihmissairauksien geenilöytöjen takana: koirageenitutkimus hyötyy ELIXIRin tietokannoista

Majakat valaisevat väylää genomitutkimuksen dataan

Biotiedettä eurooppalaisessa pilvessä

CSC cPouta Cloud Course 01.06.2015

ELIXIR nousuun merkittävän Horisontti 2020 -rahoituksen turvin

ELIXIR Suomen keskuksen avajaiset 4.5.2015

ELIXIRILLE rahoitusta Suomen Akatemialta

Suomi liittyi ELIXIR-infrastruktuuriin

How to Utilize New CSC Computing Resources in Your Research 19.8 2014

Internal Workshop on Membranes - From Fundamentals to Applications 19.8-22.8 2014

CSC johtaa arkaluontoisen datan pohjoismaista projektia

CSC avasi Pouta-pilvipalvelun: palvelu avoin myös biotieteille

ELIXIR hyödyntää uutta nopeaa tietoliikenneyhteyttä Viron ja Suomen välillä

Schrödinger workshop for computational modeling of protein-ligand interactions and biologics 4.4.2014

CSC Spring School in Bioinformatics 31.3-3.4.2014

14th SocBiN annual conference in bioinformatics 11-13.6.2014

BioMedBridges RDF Workshop 29-30.4.2014

ICRI 2014, 2-4.4.2014

2nd BiomedBridges Annual General meeting 10-12.3 2014

ELIXIR laillisesti toimintaan

ELIXIR Founding Ceremony and Launch Event 18.12.2013

ELIXIR UK Training Workshop 4.10.2013

Federated Identity Management for Research Collaborations in Helsinki 2.10.2013

ISMB-ECCB 21.6.2013

INSTRUCT Biannual Conference 22.5.2013

ESFRI Workshop on EU Structural Funds 15.5.2013

Enlighten Your Research Global palkinto: samoja virtuaalikoneita eri pilvipalveluihin

FIMM laajentaa laskentainfrastruktuuriaan genomi- ja kuvantamistutkimuksen tarpeisiin

REMS: Työkalu tutkimusdatan ja tietokantojen hallintaan

Bio-IT world Europe

Bioinformatics with large data-sets

BioMedBridges Kick-off Meeting

EUDAT User Forum

ICRI 2012

Next generation sequencing data analysis with Chipster

Next generation sequencing data analysis with Chipster

Next generation sequencing data analysis with R/Bioconductor

ESOF 2012

ECCB'12

Seminar at HY/Vi: New CSC computing resources

Seminar at OY/BL: New CSC computing resources

Seminar at HY/Meilahti: New CSC computing resources

Iaas in Life Science Research

CoPoRi Exchange of Experience Workshop

CSC Winter School in Bioinformatics 2013

PAERIP

Marine Biotech conference

ELIXIR-UK/GOBLET Training Workshop

BioMedBridges piti ensimmäisen kokouksensa

Niklas Blomberg ELIXIRin johtajaksi

ELIXIR eNewsletter ilmestynyt

ELIXIR eNewsletter ilmestynyt

CSC isännöi Ewan Birneyn vierailua

Euroopan kattava bioinformatiikan infrastruktuuri

Pilvilaskennasta lisätehoa biotutkimukseen

Eduroam leviää vauhdilla

Suuritehoinen tietoliikenneyhteys

Suomi investoi biolääketieteen tutkimusinfrastruktuuriin

Kalmar2

Kalmarin unioni

Parempaa satoa luvassa? Myös data kerätään jatkossa talteen

Kasvien kasvua ja fysiologiaa analysoidaan kuvantamismenetelmillä, mikä tuottaa valtavasti dataa kasvien genomi- ja ympäristövasteista. Tällä pyritään kasvien satoisuuden parantamiseen, jolloin voidaan tuottaa ekologisesti kestävällä tavalla ruokaa ja raaka-aineita kasvavalle ihmiskunnalle.

Helsingin ja Itä-Suomen yliopistojen yhteisessä NaPPI- infrastuktuurissa kasvit mitataan ja analysoidaan automaattisesti. Infrastruktuurin toiminta ja sen tuottama data voidaan järjestää alusta lähtien niin, että se on yhteensopivaa myös muiden eurooppalaisten tutkimusorganisaatioiden käyttöön. Tavoite on hyvä, sillä näihin päiviin asti jokainen laboratorio ympäri maailmaa on kerännyt kasvien perimästä, ilmiasuista eli fenotyypeistä ja ympäristötekijöistä saatua dataa omalla tavallaan.

Helsingin yliopiston Viikki Plant Science Center (ViPS) on tutkimuskeskittymä, jossa 36 ryhmää tutkii kasveja. Tutkimusaiheet vaihtelevat tiettyyn elinympäristöön ja ilmastonmuutokseen sopeutumisesta, kasvien stressinsietoon ja kasvinjalostukseen.

NaPPI-infrastruktuurin (National Plant Phenotyping Infrastructure) toiminta keskittyy kasvitutkimukseen, ja -jalostukseen. Tavoitteena on kattavan fenotyyppitiedon tuottaminen suuresta määrästä kasveja. NaPPI antaa tekniset mahdollisuudet yhdistää kasvien perimästä saatu tieto fenotyyppidataan.

Kasvin fenotyyppi on geenien ja ympäristön yhteisesti tuottama ilmiasu. Fenotyyppi voi muokkautua hyvinkin erilaiseksi ympäristön vaikutuksesta. Kasveilla onkin paljon laajempi kyky periytymättömään muunteluun kuin eläimillä. Esimerkiksi kasvin kasvuun voidaan vaikuttaa tehokkaasti eri tavoin, kuten ravinteilla ja valolla.

Ihmiset ovat jalostaneet kasveja tuhansia vuosia, koska on haluttu parempaa ruokaa. Tätä on tehty paikallisesti eikä kasveista kerättyä tietoa ole systemaattisesti tallennettu. Hyvänä esimerkkinä on viinirypäleen lukuisat lajikkeet, joita pelkästään Euroopassa on yli tuhat. Kaikkien lajikkeiden alkuperää ei enää tiedetä ja siksi alkuperää selvitetään geenitekniiikan avulla.

”Kasvien fenotyypeistä saatua dataa ei ole vielä standardisoitu. Eri tutkimusryhmät ovat tuottaneet ja luokitelleet sitä omissa laboratorioissaan”, sanoo NaPPI-infrastruktuurin tutkimuskoordinattori Kristiina Himanen Helsingin yliopistosta.

Kristiina Himasen edessä olevat kasvit menossa fytoskooppiin. Fytoskooppi on kuvantamislaite, joka analysoi kasvien kasvua ja fysiologiaa. Kasvit mitataan ja kuvataan automaattisesti, jonka jälkeen tietokone laskee kuvien perusteella kasvien korkeuden, leveyden ja esimerkiksi lehtiruusukkeen pinta-alan ja muodon.

Kasvin arkkitehtuurin tutkiminen tärkeää

NaPPi-infrastruktuurin tavoitteena on tehostaa ja tarkentaa kasveista saadun tiedon keruuta ja analysointia uusien kuvantamistekniikoiden avulla. Infrastruktuurilla on käytössä kuvantamislaitteita, jotka analysoivat kasvien kasvua ja fysiologiaa. Kasvit mitataan ja kuvataan automaattisesti, jonka jälkeen tietokone laskee kuvien perusteella kasvien korkeuden, leveyden ja esimerkiksi lehtiruusukkeen pinta-alan ja muodon.

”Kasvin koko, kasvu, ja muoto eli kasvin arkkitehtuuri ovat tärkeitä maataloustuotannossa”, Himanen korostaa.

”Kasvin arkkitehtuuri voi vaikuttaa sadon määrään tai viljelyominaisuuksiin. Kun riisistä on tehty kääpiölajikkeita ne eivät lakoonnu enää helposti, ja tämä vaikuttaa satoon. Geenit voivat vaikuttaa kasvin arkkitehtuuriin ja sitä kautta sadon määrään ja laatuun.”

Viikissä tutkitaan, mitä tapahtuu kun rypsin perimään eli genomiin syötetään kääpiögeeni. MMT Tarja Niemelä ja yhteistyökumppanit selvittävät, voiko kääpiögeeni lisätä rypsin satoisuutta vähentämällä varren biomassaa suhteessa kasvin tuottamaan siemensatoon.

”Genomidataa on hurjasti saatavilla, mutta se pitää pystyä yhdistämään muuhun dataan. Haluamme liittää kuvantamislaitteilla tuottamaamme fenotyyppidatan genomidataan. Lopulta, meitä tietenkin kiinnostaa, miten genomeista ja fenotyypeistä saatu tieto saadaan siirrettyä kasvinjalostukseen.”

Himasen mukaan uusien kuvantamismenetelmien ansiosta kasvintutkimuksen volyymi kasvaa.

Spektri- ja fluoresenssikuvantaminen tuottaa paljon dataa

Rypsiviljelmiä Viikissä. Tutkijat selvittävät, voiko kääpiögeeni lisätä rypsin satoisuutta vähentämällä varren biomassaa suhteessa kasvin tuottamaan siemensatoon.

NaPPI-infrastruktuurin laitteilla analysoidaan kasvin muotojen lisäksi kasvien fysiologista tilaa. Itä-Suomen yliopiston Joensuun kampuksella oleva spektromiikkalaboratorio on Suomen ensimmäinen kasvien ja muiden biologisten näytteiden spektrikuvantamiseen keskittynyt tutkimusympäristö. Spektrikuvantaminen koostuu useista valon eri aallonpituuksilla otetuista kuvista, joilla on oma värikanavansa.   Spektromiikkalaboratoriossa kehitetään optisia menetelmiä erityisesti kasvien stressivasteiden tutkimukseen.

Ihmissilmä tai tavanomainen kamera näkee värit kolmen aallonpituuskaistan (punainen, vihreä ja sininen) yhdistelminä. Spektrikameralla voidaan kuitenkin havaita jopa satoja eri aallonpituuskaistoja. Se ei ole myöskään rajoittunut vain näkyvään valoon, vaan kykenee kuvaamaan ultravioletti- ja infrapunasäteilyn alueilla. Kustakin kaistasta voidaan muodostaa erillinen kuva ja kukin pikseli sisältää täydellisen spektrin.

”Spektrikuvaus mahdollistaa värien erittäin tarkan erottelun, mutta samalla moninkertaistaa tuotetun datan määrän”, toteaa professori Markku Keinänen Itä-Suomen yliopistosta.

”Tämä taas edellyttää monimutkaisia laskennallisia lähestymistapoja kuva-analyysissä. Spektrikuvaus onkin suurelta osalta laskentaa ja tuloksia havainnollistavat kuvat tuotetaan vasta analyysin loppuvaiheissa.”.

Kun kasveja lisäksi analysoidaan lämpö- ja fluoresenssikameroilla, päästään näkemään asioita, joita ei tavallisessa valossa näe. Fluoresenssi on näkyvää, tietyn väristä valoa, joka syntyy kasvin atomien virittyessä esimerkiksi näkymättömän ultraviolettisäteilyn johdosta. Lämpö- ja fluoresenssikameroilla voidaan laskea pikseli kerrallaan kasvissa olevan erivärisen alueen koko ja tutkia esimerkiksi infektioita kasvissa.

Datan standardointi vähentää päällekkäistä työtä

Suomen ELIXIR-keskus tarjoaa datan käsittelyyn ja tallentamiseen tehokasta kapasiteettia. Koska fenotyyppien datankeruu on automatisoitu ja digitalisoitu, nyt on Kristiina Himasen mukaan mahdollista aloittaa myös datan standardointi.

”Datalla pitää olla sama formaatti. Excelerate-hanke kehittää standardit fenotyyppidatalle ja metadatalle. Mukana on 22 maata. Vaikka kaikilla on omat infrastruktuurit, niin nyt niiden toimintaa yhdenmukaistetaan.”

Käytännössä tutkijoilla on käytössään tieto kasvin perimästä sekä fenotyyppidataa kasvuolosuhteista ja muista ympäristötekijöistä. Kun molemmat datalähteet on yhdistetty saadaan luotua kattavia tietokantoja ja laboratoriot eri puolilla Eurooppaa voivat välttää päällekkäisen työn tekemistä ja jakaa datankeruuta järkevästi.

”Yksittäisen geenin käyttöönotto kasvijalostuksessa helpottuu, koska yksittäisen kasvin analyysiin liittyvän työn määrä kohtuullistuu.”

Jatkossa Viikin tutkimusryhmät siis tuottavat kuvapohjaista dataa, johon liitetään genomidata. Suomen Elixir-keskuksessa puolestaan mietitetään, miten data analyoidaan ja standardisoidaan ja miten metadatat luovutetaan ELIXIRrille pilvitietokantaa varten. NaPPI-infrastruktuurin ja Suomen ELIXIR-keskuksen CSC:n työnjako on hyvä esimerkki siitä, miten kasvien geno- ja fenotyyppidataa kannattaa tuottaa tutkimukseen.

Ari Turunen

Artikkeli PDF-muodossa

NaPPI

NaPPI on osa yhteistyöverkostoa Itä-Suomen yliopiston Spektromiikan yksikön (www.spectromics.org) sekä useiden muiden suomalaisten kasvitutkimuslaitosten kanssa. Mukana on yhteistyökumppaneita lisäksi Turun ja Oulun yliopistoista sekä Luonnonvarakeskuksesta.

Viikki Plant Science Center

https://www.helsinki.fi/en/researchgroups/viikki-plant-science-centre/about-vips

 

 

 

 

 

CSC
Elixir europe
Biomedinfra