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内蒙古杰出青年培养基金项目主持人左永春：利用“数字胚胎”打开决定牛羊胚胎的“黑匣子”
发布时间：2021-07-06 10:00 来源：内蒙古自治区科学技术厅基础研究处、内蒙古大学科技处
生命起源于早期胚胎，它的诞生是一个复杂、精细又严格遵守时空逻辑调控的过程。
近年来，内蒙古杰出青年培育基金项目主持者内蒙古大学左永春教授和他的科研团队，围绕我区草原家畜生殖调控与繁育的分子机理，利用生物信息学手段展开了一系列大数据研究工作，通过“数字胚胎”研究模式打开决定家畜生殖调控与繁育以及胚胎命运的“黑匣子”，对提升我区畜牧业在国际竞争力具有重要的理论意义。
“数字胚胎” 揭示牛羊早期胚胎发育新模式
2017年至2020年间，左永春教授团队在内蒙古杰出青年培育基金项目（2017JQ04）、内蒙古自治区高等学校“青年科技英才支持计划”（NJYT-18-B01）和国家自然科学基金项目（61561036, 61702290，2061034）等科技项目的资助下，借助2016年内蒙古自治区获批国家大数据综合示范区的优势，围绕自治区“稳羊增牛”精准育种重大“卡脖子”科学需求和“科技兴蒙”行动中的创新举措，利用生物信息学和计算生物学手段，重点针对哺乳动物早期胚胎发育和体细胞重编程分子信息数据库开发，以及相关基因组核酸和蛋白质序列的机器学习模型构建等科学问题展开研究。
“以组学数据为标志的大数据技术和生物信息学研究，正带动研究人员破解生物的发育特征与机制、精准医疗和精准基因修饰育种技术。” 左永春教授说，我们针对哺乳动物开始逐步建立以草原家畜繁育调控为特色的大动物“数字胚胎”研究模式。
左永春先后带领团队利用计算与实验学科交叉融合手段，揭示了克隆动物胚胎早期发育受阻的关键转录因子调控网络，完成了不同哺乳动物早期胚胎发育基因表达分子信息数据库EmExplorer，系统解析了体细胞重编程胚胎基因组激活失败的关键分子障碍，开发了物种特异性差异基因识别的方法，发布了早期胚胎发育和造血干细胞时空特异性人工智能预测平台，完成了先锋转录因子Oct4靶向调控细胞重编程的理论生物学描述，探究了关键先锋转录因子Dppa2/4靶向调控合子基因组激活的分子信号途径。
科技创新 开发“蛋白智选”大数据分析平台
蛋白质是生命活动主要的承担者，生命的进化最终都体现在蛋白质功能的多样化上。“蛋白质氨基酸约化分析是对生命进化本质的探索，对于蛋白质合成、拓扑结构预测，功能预测分类以及药物设计等具有重要的意义。”左永春教授介绍。
随着人类基因组测序的完成及各类前沿高通量组学技术在生物医学领域的广泛应用使生命科学迈入大数据时代。
2018年以来，左永春教授课题组利用计算生物学方法，较早地发展了基于DNA物理几何空间特征参数预测模型，国际上首次将离散增量算法与K近邻算法有机结合，先后提出了K近邻平均离散增量算法K-MID和K近邻最小离散增量算法。建了多个基于蛋白质序列氨基酸约化的蛋白质大数据分析平台，成功搭建蛋白质序列氨基酸约化与特征提取数据分析平台，完成了蛋白质氨基酸约化大数据序列分析平台RAACBook和RaacLogo, 已经获批具有应用转化价值的计算机软件著作权2项，成为国际权威蛋白质氨基酸序列分析的重要平台之一，并被国际生物信息权威软件库OMICTOOLS收录。
“随着在越来越多的层面准确检测出与疾病和表型相关的遗传信息，使我们对致病机理和表型遗传机制的认识和思考也上升到一个全新的水平，单纯的实验生物学或单层次组学数据分析，都有其片面性与孤立性，很难揭示表型产生的本质机理。”左永春教授每次讲到这些时都无比激动，面对大规模组学数据，只有生物学科技工作者与生物信息学科技工作者联合起来，才有可能对生物大数据开展快速和有效的解读分析、预测和筛选，才有可能探知大数据反映的生物学本质和医学可解释性，进而指导生物和医学的验证工作。
立德树人 做好学生的引路人
每当讨论起生物信息学的发展和未来趋势时，左永春总是充满了热情，从他对自己的科研工作和目前国际形势的发展动态的介绍中，不难发现他热爱着这份科研事业，深深镌刻在他的骨子里是初心不改,奋楫前行的精神。
“左老师严谨的求学态度，发散的科研思维，积极向上的人生态度，勤奋自律的工作作风深深的熏陶着我。”研究生龙春伸坚定地说，“今年我将硕士毕业，但我决定继续留在左老师的团队攻读博士学位。”
在项目资助期间，左永春教授推荐2013级生命学院本科生贾雪琦到日本攻读博士学位；推荐2014级生物技术基地呼博苏保研到中山大学攻读生物信息学博士研究生；推荐2016级生物工程王泽蓉保研到武汉大学；推荐2016级生物工程许宝芳进入中科院植物所攻读结构生物信息学研究生。
“奔着最紧急、最紧迫的问题去。”是左永春教授鼓励学生常用的一句话，激励学生在科研路上开展自己的创新之路。
辛勤的汗水一定会获得满满的收获，左永春教授先后获得创新创业优秀指导教师，第四届全国大学生创新创业大赛优秀成果指导教师奖等，这也更加鼓励和支持他继续在专业领域深耕，协助攻克自治区高繁殖力良种选育“卡脖子”问题, 为促进草原生态畜牧业的可持续高效发展提供生物大数据服务，为科技兴蒙贡献更多力量。
人物简介
左永春，男，教授，现为内蒙古大学生命科学学院、省部共建草原家畜生殖调控与繁育国家重点实验室博士生导师，内蒙古自治区优秀博士学位论文和杰出青年培育基金获得者；内蒙古自治区高等学校青年科技英才支持计划项目获得者，内蒙古自治区草原英才，以及新世纪321人才工程入选者，内蒙古大学“三全育人”先进个人；目前担任Current Gene Therapy期刊Editorial Board Member、Frontiers in Genetics期刊Guest Associate Editor以及Frontiers出版社的Topics Guest Editor，以及国家自然科学基金评审专家，教育部学位论文通讯评审专家等。
左永春教授目前是中国细胞生物学学会功能基因组信息学与系统生物学分会委员，中国计算机学会生物信息学专委会通讯委员，内蒙古生物物理与生物信息学会副秘书长、内蒙古生物工程学会、内蒙古生物化学与分子生物学会理事。截至目前，以第一(通讯)作者累计在Briefings in Bioinformatics、Bioinformatics、Cellular and Molecular Life Sciences等领域内权威期刊上发表学术论文70余篇，成果被Nature和PNAS等期刊累计引用1500多次(Google, H=23)，先后4篇成果入选ESI 1% 高被引论文，获得具有转化价值国家发明专利和软件著作权4项，参编农业重大科学研究成果专著1部。