Lavorando con il batterio promotore della crescita delle piante Pseudomonas simiae, i ricercatori hanno identificato 115 geni che influenzano negativamente la sua capacità di colonizzare un apparato radicale di una pianta quando mutato.

La salute e lo sviluppo di una pianta sono influenzati dalla complessa comunità di microbi che la circondano. Identificando i geni batterici che possono alterare il modo in cui i microbi possono colonizzare una pianta, i ricercatori possono sviluppare approcci mirati per migliorare la salute e la crescita delle piante per una serie di applicazioni, compreso un aumento della resa di biomassa per la produzione di biocarburanti.

La salute e lo sviluppo di una pianta sono influenzati dai microbi che risiedono all'interno della pianta (endofiti), nel suolo, e nella stretta regione in cui le radici delle piante interagiscono con il suolo (rizosfera). Per capire meglio come i microbi colonizzano l'ambiente radicale, ricercatori del Joint Genome Institute, una struttura per gli utenti dell'Office of Science del DOE, e i loro collaboratori presso l'Howard Hughes Medical Institute presso l'Università del North Carolina, ha applicato un approccio di mutagenesi del trasposone a livello di genoma sul batterio promotore della crescita della pianta modello Pseudomonas simiae utilizzando la pianta modello Arabidopsis thaliana come ospite per generare una mappa dell'intero genoma dei geni batterici che influenzano l'efficacia della colonizzazione microbica.

Attraverso il sequenziamento casuale dei trasposoni con codice a barre (RB-TnSeq), il team ha identificato 115 geni che, quando mutato, hanno ridotte capacità di colonizzazione delle radici. Questi geni sono coinvolti in funzioni come il metabolismo degli zuccheri, sintesi della parete cellulare, e motilità. Il team ha anche identificato 243 geni che, quando mutato, alterare positivamente le capacità di colonizzazione delle radici, molti di loro probabilmente sono coinvolti nel trasporto e nel metabolismo degli aminoacidi. Inoltre, il team ha identificato 43 geni a cui è stato possibile assegnare pochissime o nessuna informazione funzionale. I ricercatori hanno suggerito che questi geni potrebbero rappresentare nuove funzioni o percorsi ancora da caratterizzare. Il lavoro mostra che RB-TnSeq può essere applicato per valutare la colonizzazione delle radici delle piante batteriche in vivo.

Tra i contributori a questo progetto c'era Sabah Ul-Hasan, uno stagista nel 2015 presso il DOE JGI/University of California, Programma di tirocinio per laureati di Merced Genomics. Il programma offre agli studenti laureati della UC Merced un'esperienza pratica nella ricerca genomica all'avanguardia come parte dell'impegno del DOE JGI per la formazione della prossima generazione di talenti scientifici.

Una delle principali sfide derivanti dal sequenziamento rapido è l'assegnazione di funzioni a nuovi geni. L'approccio RB-TnSeq qui utilizzato può accelerare l'associazione di nuovi geni con caratteristiche e comportamenti importanti per le missioni DOE, come la comprensione di come i microbi aiutano (o ostacolano) la crescita di colture che potrebbero fungere da materie prime per la bioenergia. Arrivare ai contributori genetici fondamentali, come i 115 geni che regolano negativamente le interazioni radice-microbo, aiuterà a concentrare gli sforzi futuri per far progredire questa ricerca.