Arbetar med den växttillväxtfrämjande bakterien Pseudomonas simiae, Forskare har identifierat 115 gener som negativt påverkar dess förmåga att kolonisera ett växtrotsystem när det muteras.

En växts hälsa och utveckling påverkas av det komplexa samhälle av mikrober som omger den. Genom att identifiera de bakteriella generna som kan förändra hur väl mikrober kan kolonisera en växt, forskare kan utveckla riktade tillvägagångssätt för att förbättra växthälsa och tillväxt för ett antal tillämpningar, inklusive ökat biomassautbyte för biobränsleproduktion.

En växts hälsa och utveckling påverkas av mikrober som finns i växten (endofyter), i jorden, och i det smala området där växtrötterna interagerar med jorden (rhizosfären). För att bättre förstå hur mikrober koloniserar rotmiljön, forskare vid Joint Genome Institute, en användaranläggning för DOE Office of Science, och deras medarbetare vid Howard Hughes Medical Institute vid University of North Carolina, tillämpade ett genomomfattande tillvägagångssätt för transposonmutagenes på den modellväxttillväxtfrämjande bakterien Pseudomonas simiae med användning av modellväxten Arabidopsis thaliana som värd för att generera en genomomfattande karta över bakteriegener som påverkar effekten av mikrobiell kolonisering.

Genom slumpmässigt streckkodad transposonsekvensering (RB-TnSeq), teamet identifierade 115 gener som, när muterad, har minskad rotkoloniseringsförmåga. Dessa gener är involverade i funktioner som sockermetabolism, cellväggssyntes, och motilitet. Teamet identifierade också 243 gener som, när muterad, positivt förändra rotkoloniseringsförmåga, många av dem sannolikt involverade i aminosyratransport och metabolism. Dessutom, teamet identifierade 43 gener som mycket lite eller ingen funktionell information kunde tilldelas. Forskarna föreslog att dessa gener kan representera nya funktioner eller vägar som ännu inte har karakteriserats. Arbetet visar att RB-TnSeq kan användas för att bedöma in vivo bakteriell växtrotkolonisering.

Bland bidragsgivarna till detta projekt var Sabah Ul-Hasan, en praktikant 2015 genom DOE JGI/University of California, Merced Genomics Distinguished Graduate Internship Program. Programmet erbjuder UC Merced-studenter praktisk erfarenhet av banbrytande genomforskning som en del av DOE JGI:s åtagande att träna nästa generations vetenskapliga talanger.

En av de främsta utmaningarna med snabb sekvensering är tilldelningen av funktioner till nya gener. RB-TnSeq-metoden som används här kan påskynda associeringen av nya gener med egenskaper och beteenden som är viktiga för DOE-uppdrag som att förstå hur mikrober hjälper (eller hindrar) tillväxten av grödor som kan fungera som bioenergiråvaror. Att komma till de grundläggande genetiska bidragsgivarna, såsom de 115 generna som negativt reglerar mikrob-växtrotinteraktioner, kommer att bidra till att fokusera framtida ansträngningar för att främja denna forskning.