Font Size

Profile

Layout

Direction

Menu Style

Cpanel

 

Cơ sở dữ liệu gen chức năng cho các nghiên cứu vi khuẩn thực vật

Cơ sở dữ liệu gen chức năng cho các nghiên cứu vi khuẩn thực vật 

Khi dân số toàn cầu tăng lên, ước tính đạt gần 10 tỷ người vào năm 2050, do đó nhu cầu tăng năng suất cây trồng và sản xuất đủ nguyên liệu thực vật cho cả thực phẩm và nhiên liệu thay thế bền vững. Để giúp cải thiện chiến lược sản xuất cây trồng và vượt qua những thách thức như làm cho cây trồng thích ứng trong các vùng đất cận biên, và những hạn chế do hạn hán và nguồn dinh dưỡng thấp, các nhà nghiên cứu đang tập trung vào việc tìm hiểu và khuyến khích các mối quan hệ có lợi giữa cây trồng và vi sinh vật.

Xuất bản vào ngày 18 tháng 12 năm 2017 trong tạp chí Nature Genetics, nhóm nghiên cứu do các nhà nghiên cứu tại Viện Liên kết về gen (JGI) của Bộ Năng lượng Mỹ (DOE), Cơ quan sử dụng khoa học và Viện Y tế Howard Hughes thuộc Đại học North Carolina tại Chapel Hill (UNC) đã khai thác một danh mục bộ gen vi khuẩn để xác định và mô tả các gen ứng cử viên hỗ trợ vi khuẩn thích ứng với môi trường thực vật, đặc biệt là các gen tham gia vào quá trình hình thành vi khuẩn ở rễ cây.

Hầu hết các nghiên cứu trong lĩnh vực này cho đến nay đều tập trung vào cấu trúc cộng đồng của vi sinh thực vật, ví dụ như "ai ở đó", và ít quan tâm hơn về chức năng, nghĩa là "chúng đang làm gì, làm thế nào và khi nào chúng làm việc đó". Các nghiên cứu trước đây đã xem xét chức năng chủ yếu về sự tương tác giữa vật chủ và vi trùng, ví dụ như giữa cây Arabidopsis và một mầm bệnh.

Đồng tác giả Asaf Levy, một nhà nghiên cứu tại JGI, cho biết: "Nếu chúng ta muốn xây dựng mô hình vi sinh vật phù hợp để hỗ trợ cho sự phát triển của cây trồng, chúng ta cần phải hiểu được chức năng thực sự của vi sinh vật chứ không chỉ là đánh dấu trình tự gen. Ở đây chúng tôi đã sử dụng một nỗ lực lớn về di truyền và tính toán để giải quyết câu hỏi nền tảng và quan trọng: Làm thế nào mà vi sinh thực vật tương tác với cây?",

Hầu hết sự tương tác giữa các vi khuẩn và thực vật xảy ra ở mặt tiếp xúc giữa rễ và đất. Các nhà nghiên cứu từ UNC, thuộc phòng thí nghiệm Quốc gia Oak Ridge, và Viện Max Planck đã phân lập vi khuẩn mới xuất phát từ môi trường nuôi rễ của Brassicaceae (191), cây dương (135) và ngô (51). Bộ gen của 377 chủng vi khuẩn, cộng thêm 107 tế bào vi khuẩn đơn từ rễ cây A. thaliana, sau đó được sắp xếp, lắp ráp, và chú thích tại phòng thí nghiệm Viện JGI.

Các tác giả sau đó kết hợp các bộ gen mới với hàng ngàn bộ gen có sẵn công khai đại diện cho các nhóm vi khuẩn liên quan đến thực vật và bao gồm vi khuẩn từ nhiều môi trường thực vật và không phải thực vật, như ruột của con người để so sánh. Cơ sở dữ liệu của 3837 bộ gen, mà 1160 trong số đó là từ thực vật, được sử dụng trong phân tích gen.

Các nhà nghiên cứu sau đó đã xác định gen được làm giàu trong hệ gen của các sinh vật có liên quan đến thực vật và rễ.

"Điều rất quan trọng đối với chúng ta là hiểu những gen và chức năng mà vi khuẩn sử dụng để khu trú trong thực vật bởi vì chỉ khi đó chúng ta mới có cơ hội hoạch định hợp lý các 'probiotic thực vật' hữu ích giúp tăng thêm lương thực và cây cung cấp năng lượng với sự tam gia của phân bón và thuốc trừ sâu hoặc thuốc diệt nấm", Jeff Dangl, một nhà nghiên cứu của Viện Y học Howard Hughes, và giáo sư John N. Couch của Đại học North Carolina tại Chapel Hill phát biểu.

Trong số những thông tin chi tiết quan trọng thu được từ nghiên cứu này là bộ gen liên quan đến thực vật và đất có khuynh hướng trội hơn các gen kiểm soát từ cùng một bộ gen. Asaf Levy cho biết đây là một phần làm giàu các gen liên quan đến chuyển hóa và vận chuyển đường, có thể là sự thích nghi với cacbon thực vật có nguồn gốc từ quang hợp, được tạo ra bởi các "nhà máy kẹo" tự nhiên. Đến 20% lượng cacbon cố định bởi thực vật thông qua quá trình quang hợp được truyền qua rễ là các loại đường nhằm thu hút vi khuẩn.

Các gen khác dường như bắt chước các chức năng của thực vật bằng cách mã hoá “Tên giống cây trồng PA và RA” (PREPARADO). Dangl nói: "Người ta biết rằng mầm bệnh cây sử dụng các protein sao chép lãnh thổ cây trồng cần thiết đối với chức năng miễn dịch. "Hãy tưởng tượng rằng khi mầm bệnh xâm nhập trực tiếp vào tế bào thực vật, một protein mô phỏng một phần của bộ máy hệ thống miễn dịch đặc biệt. Nó giống như đưa bánh răng bị hỏng một phần vào bánh xe - các bánh xe không thể quay được. Các protein liên quan đến thực vật mà chúng tôi xác định có thể hoạt động theo cùng một cách”.

Gen phát triển nhanh thường là dấu hiệu của cuộc cạnh tranh phân tử giữa các sinh vật trong môi trường. Những gen này thường được sử dụng khi công kích hoặc chống cự với các sinh vật khác. Hai nghiên cứu gần đây đã phát hiện ra hai dòng protein mới phát triển mạnh liên quan đến “cách sống" khác nhau của các vi khuẩn thực vật. Một dòng được tìm thấy trong vi khuẩn gọi là "Jekyll"; và dòng thứ hai được tìm thấy trong vi khuẩn gây bệnh, được đặt tên là "Hyde". Cùng các cộng tác viên từ Virginia Tech và ETH (Thụy Sĩ), các nhà khoa học của JGI đã khám phá ra rằng loại vi khuẩn này hoạt động hiệu quả trong việc tiêu diệt vi khuẩn cạnh tranh, có khả năng giúp các "Hyde" tiếp nhận ở vị trí thích hợp của lá.  Phòng Sáng kiến ​​và Hợp tác của Berkeley Lab (IPO) đã đệ đơn xin cấp bằng sáng chế cho việc phát hiện loại vi khuẩn này do cơ chế kháng khuẩn tiềm ẩn đối với việc kiểm soát mầm bệnh thực vật.

Danh mục đầy đủ các bộ gen mới và gen liên quan đến thực vật thông qua cổng thông tin được dành riêng được các nhà nghiên cứu gen gọi là: Các tính năng về Gen thích ứng giữa vi khuẩn  với cây trồng.

"Cơ sở dữ liệu là một nguồn tài nguyên quý giá cho các nhà khoa học nghiên cứu sự tương tác thực vật-vi sinh vật, nhằm xác định gen có tiềm năng liên quan trong mối tương tác với cây trồng - bao gồm nhiều gen hoàn toàn mới lạ. Chúng ta đang nghiên cứu thực nghiệm chức năng của những gen này để đạt được một sự hiểu biết tốt hơn về vi sinh thực vật", theo Levy

Văn hóa giáo dục

Nghị lực vào đời

Dạy Và Học

Dạy và Học
Dạy Và Học

Cây Lúa

Cây Lúa Hôm Nay

Cuộc Sống

Tình Yêu Cuộc Sống

Danh Nhân

Danh Nhân Việt Nam