Travailler avec la bactérie favorisant la croissance des plantes Pseudomonas simiae, les chercheurs ont identifié 115 gènes qui affectent négativement sa capacité à coloniser le système racinaire d'une plante en cas de mutation.

La santé et le développement d'une plante sont influencés par la communauté complexe de microbes qui l'entourent. En identifiant les gènes bactériens qui peuvent altérer la capacité des microbes à coloniser une plante, les chercheurs peuvent développer des approches ciblées pour améliorer la santé et la croissance des plantes pour un certain nombre d'applications, y compris l'augmentation du rendement de la biomasse pour la production de biocarburants.

La santé et le développement d'une plante sont influencés par les microbes résidant dans la plante (endophytes), dans le sol, et dans la région étroite où les racines des plantes interagissent avec le sol (rhizosphère). Pour mieux comprendre comment les microbes colonisent l'environnement racinaire, chercheurs du Joint Genome Institute, une installation utilisateur du DOE Office of Science, et leurs collaborateurs du Howard Hughes Medical Institute de l'Université de Caroline du Nord, appliqué une approche de mutagenèse par transposon à l'échelle du génome sur la bactérie modèle favorisant la croissance des plantes Pseudomonas simiae en utilisant la plante modèle Arabidopsis thaliana comme hôte pour générer une carte à l'échelle du génome des gènes bactériens qui affectent l'efficacité de la colonisation microbienne.

Grâce au séquençage aléatoire des transposons à code-barres (RB-TnSeq), l'équipe a identifié 115 gènes qui, une fois muté, ont des capacités réduites de colonisation des racines. Ces gènes sont impliqués dans des fonctions telles que le métabolisme du sucre, synthèse de la paroi cellulaire, et la motilité. L'équipe a également identifié 243 gènes qui, une fois muté, altérer positivement les capacités de colonisation des racines, beaucoup d'entre eux sont probablement impliqués dans le transport et le métabolisme des acides aminés. En outre, l'équipe a identifié 43 gènes auxquels très peu ou pas d'informations fonctionnelles ont pu être attribuées. Les chercheurs ont suggéré que ces gènes pourraient représenter de nouvelles fonctions ou voies encore à caractériser. Le travail montre que RB-TnSeq peut être appliqué pour évaluer la colonisation bactérienne des racines des plantes in vivo.

Parmi les contributeurs à ce projet figurait Sabah Ul-Hasan, un stagiaire 2015 par le DOE JGI/Université de Californie, Programme de stages d'études supérieures Merced Genomics. Le programme offre aux étudiants diplômés de l'UC Merced une expérience pratique dans la recherche de pointe sur le génome dans le cadre de l'engagement du DOE JGI à former la prochaine génération de talents scientifiques.

L'un des principaux défis posés par le séquençage rapide est l'attribution de fonctions à de nouveaux gènes. L'approche RB-TnSeq utilisée ici peut accélérer l'association de nouveaux gènes avec des caractéristiques et des comportements importants pour les missions du DOE, comme comprendre comment les microbes aident (ou entravent) la croissance des cultures qui pourraient servir de matières premières bioénergétiques. Atteindre les contributeurs génétiques fondamentaux, comme les 115 gènes qui régulent négativement les interactions microbe-racine végétale, aidera à concentrer les efforts futurs pour faire avancer cette recherche.