Etablering af et genomomfattende kort over bakteriegener, der er afgørende for kolonisering af planter med gavnlige mikrober

Arbejde med plantevækstfremmende bakterie Pseudomonas simiae, forskere har identificeret 115 gener, der negativt påvirker dets evne til at kolonisere et plantens rodsystem, når de muteres.

En plantes sundhed og udvikling er påvirket af det komplekse fællesskab af mikrober, der omgiver det. Ved at identificere de bakterielle gener, der kan ændre, hvor godt mikrober kan kolonisere en plante, forskere kan udvikle målrettede tilgange til at forbedre plantesundhed og vækst til en række applikationer, herunder øget biomasseudbytte til produktion af biobrændstoffer.

En plantes helbred og udvikling påvirkes af mikrober, der er inde i planten (endofytter), i jorden, og i det smalle område, hvor plantens rødder interagerer med jorden (rhizosfæren). For bedre at forstå, hvordan mikrober koloniserer rodmiljøet, forskere ved Joint Genome Institute, en DOE Office of Science brugerfacilitet, og deres samarbejdspartnere ved Howard Hughes Medical Institute ved University of North Carolina, anvendt en genomomfattende transposonmutagenese-tilgang på modelplantevækstfremmende bakterie Pseudomonas simiae ved hjælp af modelplanten Arabidopsis thaliana som vært for at generere et genomomfattende kort over bakterielle gener, der påvirker effekten af ​​mikrobiel kolonisering.

Gennem tilfældigt stregkodet transposonsekventering (RB-TnSeq), holdet identificerede 115 gener, der, når muteret, har reducerede rodkoloniseringsevner. Disse gener er involveret i funktioner såsom sukkermetabolisme, cellevægssyntese, og motilitet. Holdet identificerede også 243 gener, der, når muteret, positivt ændre rodkoloniseringskapaciteter, mange af dem er sandsynligvis involveret i aminosyretransport og metabolisme. Derudover teamet identificerede 43 gener, som meget lidt eller ingen funktionel information kunne tildeles. Forskerne foreslog, at disse gener kan repræsentere nye funktioner eller veje, der endnu ikke skal karakteriseres. Arbejdet viser, at RB-TnSeq kan anvendes til at vurdere in vivo bakteriel plantens rodkolonisering.

Blandt bidragyderne til dette projekt var Sabah Ul-Hasan, en praktikant fra 2015 gennem DOE JGI/University of California, Merced Genomics Distinguished Graduate Internship Program. Programmet tilbyder UC Merced-kandidatstuderende praktisk erfaring med banebrydende genomforskning som en del af DOE JGIs engagement i at træne den næste generation af videnskabelige talenter.

En af de vigtigste udfordringer ved hurtig sekventering er tildeling af funktioner til nye gener. RB-TnSeq-metoden, der bruges her, kan fremskynde tilknytningen af ​​nye gener til egenskaber og adfærd af betydning for DOE-missioner, såsom at forstå, hvordan mikrober hjælper (eller hindrer) væksten af ​​afgrøder, der kan tjene som bioenergi-råvarer. At komme til de grundlæggende genetiske bidragydere, såsom de 115 gener, der negativt regulerer mikrobe-plantens rodinteraktioner, vil hjælpe med at fokusere fremtidige bestræbelser på at fremme denne forskning.