Trabajando con la bacteria promotora del crecimiento vegetal Pseudomonas simiae, Los investigadores han identificado 115 genes que afectan negativamente su capacidad para colonizar el sistema de raíces de una planta cuando muta.

La salud y el desarrollo de una planta están influenciados por la compleja comunidad de microbios que la rodean. Al identificar los genes bacterianos que pueden alterar qué tan bien los microbios pueden colonizar una planta, los investigadores pueden desarrollar enfoques específicos para mejorar la salud y el crecimiento de las plantas para una serie de aplicaciones, incluido un mayor rendimiento de biomasa para la producción de biocombustibles.

La salud y el desarrollo de una planta están influenciados por los microbios que residen dentro de la planta (endófitos), en la tierra, y en la región estrecha donde las raíces de las plantas interactúan con el suelo (rizosfera). Para comprender mejor cómo los microbios colonizan el entorno de las raíces, investigadores del Joint Genome Institute, una instalación para usuarios de la Oficina de Ciencias del DOE, y sus colaboradores en el Instituto Médico Howard Hughes de la Universidad de Carolina del Norte, aplicó un enfoque de mutagénesis de transposones en todo el genoma en la bacteria modelo promotora del crecimiento de plantas Pseudomonas simiae utilizando la planta modelo Arabidopsis thaliana como huésped para generar un mapa de genes bacterianos de todo el genoma que afectan la eficacia de la colonización microbiana.

Mediante secuenciación de transposones con códigos de barras aleatorios (RB-TnSeq), el equipo identificó 115 genes que, cuando mutado, tienen capacidades reducidas de colonización de raíces. Estos genes están involucrados en funciones como el metabolismo del azúcar, síntesis de la pared celular, y motilidad. El equipo también identificó 243 genes que, cuando mutado, alterar positivamente las capacidades de colonización de raíces, muchos de ellos probablemente estén involucrados en el transporte y metabolismo de aminoácidos. Adicionalmente, el equipo identificó 43 genes a los que se les pudo asignar muy poca o ninguna información funcional. Los investigadores sugirieron que estos genes pueden representar funciones o vías novedosas aún por caracterizar. El trabajo muestra que RB-TnSeq se puede aplicar para evaluar la colonización de raíces de plantas bacterianas in vivo.

Entre los contribuyentes a este proyecto se encontraba Sabah Ul-Hasan, un pasante de 2015 a través del DOE JGI / Universidad de California, Programa de pasantías para graduados distinguidos de Merced Genomics. El programa ofrece a los estudiantes graduados de UC Merced experiencia práctica en investigación genómica de vanguardia como parte del compromiso del DOE JGI de capacitar a la próxima generación de talento científico.

Uno de los principales desafíos que surgen de la secuenciación rápida es la asignación de funciones a nuevos genes. El enfoque RB-TnSeq utilizado aquí puede acelerar la asociación de nuevos genes con características y comportamientos de importancia para las misiones del DOE, como comprender cómo los microbios ayudan (o dificultan) el crecimiento de cultivos que podrían servir como materias primas bioenergéticas. Llegando a los contribuyentes genéticos fundamentales, como los 115 genes que regulan negativamente las interacciones entre microbios y raíces de plantas, ayudará a enfocar los esfuerzos futuros para avanzar en esta investigación.