Nghiên cứu trên diện rộng xác định quần thể vi sinh vật vùng rễ cây ngô

Xuất bản tuần 25 tháng 6 năm 2018 trong Kỷ yếu của Viện Hàn lâm Khoa học Quốc gia (PNAS), các nhà nghiên cứu đã báo cáo kết quả của một nghiên cứu thực địa trên quy mô lớn, một phần sao chép các thử nghiệm trước đó để xác định vi khuẩn đất xâm thực vào thực vật và có thể liên kết với những đặc điểm cụ thể. Nghiên cứu được thực hiện bởi một nhóm các nhà khoa học tại Viện Sinh học Phát triển Max Planck (MPI), Viện Y khoa Howard Hughes thuộc Đại học Bắc Carolina tại Chapel Hill (UNC), Đại học Cornell, các nhà nghiên cứu tại Viện nghiên cứu gen (JGI) của Bộ Năng lượng Hoa Kỳ (DOE), Ban Người dùng Khoa học của DOE.

Ruth Ley, nghiên cứu viên cao cấp của MPI cho biết "Đây là một khảo sát cực kỳ lớn và kỹ lưỡng về vi khuẩn vùng rễ đối với ngô". "Các số liệu lập thành một nguồn tài nguyên phong phú và tiềm năng cho các nhà nghiên cứu vi sinh vật đất và nhân giống cây trồng, một khi chúng ta đạt được những đặc điểm vi sinh vật mà chúng ta muốn tạo ra, để giảm sự phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch trong nông nghiệp".

Nghiên cứu được xây dựng trên một nghiên cứu trước đây, cũng được báo cáo ở PNAS, trong đó nhóm nghiên cứu sử dụng 500 mẫu từ 27 dòng ngô phát triển trong 5 lĩnh vực trên ba tiểu bang. Tất cả những mẫu này được thu thập tại một thời điểm duy nhất. Khoảng thời gian này, nhóm nghiên cứu đã thu thập gần 5.000 mẫu từ một tập hợp con của cùng một dòng ngô phát triển chỉ một lĩnh vực trong suốt thời gian sinh trưởng. Ley phát biểu: "Việc mở rộng quy mô từ 500 lên 5.000 là một thách thức đối với việc xử lý mẫu và xử lý trong quy mô tin sinh học cũng khá khó khăn, vì chúng tôi đã có hơn nửa tỷ chuỗi 16S", "Tác giả đầu tiên Tony Walters đã làm một công việc tuyệt vời".

Thông tin cho phép nhóm nghiên cứu liên kết nhiều quần thể vi sinh vật với kiểu gen thực vật, đồng thời phân biệt ảnh hưởng của các điều kiện như tuổi cây và thời tiết. Nghiên cứu thực địa quy mô lớn cho phép họ xác định được 143 vi khuẩn có khả năng di truyền, có sự khác biệt về mật số giữa các mẫu được điều khiển một phần bởi sự khác biệt về kiểu gen thực vật. Ngoài ra, nhóm nghiên cứu đã xác định được một bộ vi sinh vật vùng rễ trung tâm bao gồm bảy đơn vị trong hệ thống phân loại hoạt động (OTU), thuộc loài Proteobacteria phylum, được tìm thấy trong từng mẫu riêng rẻ.

"Việc mở rộng quy mô cho phép chúng tôi hiểu được tầm quan trọng tương đối của di truyền thực vật, môi trường sống của chúng và thời gian", ông Ed Buckler thuộc Đại học Cornell cho biết, nhóm của ông đã cung cấp chuyên môn về di truyền ngô và các thử nghiệm thực địa. "Chúng tôi biết rõ từng vấn đề, nhưng điều này thực sự cung cấp bao nhiêu thông tin cho mỗi quan điểm cụ thể".

Công trình được thực hiện như một phần của dự án thí điểm về Thách thức lớn trên vi sinh vật vùng rễ của JGI liên quan đến ngô và cây mô hình Arabidopsis. Các dự án này nhấn mạnh khả năng và chuyên môn của JGI có thể được khai thác cho những thách thức lớn về khoa học được giao cho Văn phòng Nghiên cứu Sinh học và Môi trường của DOE vào năm 2010.

Theo phó chủ nhiệm chương trình Susannah Tringe, "Mục tiêu bao quát của Thách thức lớn trên vi sinh vật vùng rễ khi nó được hình thành là xác định các trình điều khiển chính của thành phần cộng sinh vi khuẩn trong các quần thể vi sinh vật thực vật, ví dụ, loại đất, tuổi cây, và kiểu gen thực vật". "Bài báo trước đây sử dụng trình tự pyrotag thứ 454 để chứng minh ảnh hưởng của kiểu gen thực vật lên cấu trúc quần thể vi sinh vật trong vùng rễ, nhưng thiếu sức mạnh thống kê để tạo ra các liên kết kiểu hình gen cụ thể. Nghiên cứu hiện tại sử dụng trình tự thẻ chiếu sáng, tất cả được thực hiện tại JGI, để lấy mẫu ở độ sâu sâu hơn và độ phân giải tương đối cao hơn để cải thiện phân tích thống kê.

Jeff Dangl, điều tra viên Viện Y khoa Howard Hughes và Giáo sư Sinh vật học John N. Couch của UNC, là một trong những nhà thiết kế ban đầu dự án Thách thức lớn trên vi sinh vật vùng rễ, cùng với Tringe, Ley và Buckler, đã đưa ra suy nghĩ cuối cùng về công việc: "Đây là một trường hợp khác về khám phá khoa học, với niềm đam mê của một nhà nghiên cứu cho dự án”, Tác giả đầu tiên Tony Walters không hề lo lắng về dự án này và tiếp tục thực hiện. Tuy nhiên, nếu không có nền tảng giải trình tự 16S của JGI, và bỏ qua sự phát triển của Rob Knight và nhóm công cụ tính toán mới để xử lý cụ thể một tập dữ liệu khổng lồ như vậy, nó sẽ không bao giờ được hoàn thành".

Nguồn: http://iasvn.org