ДНК-штрихкоды расшифровывают мир почвенных нематод

Исследовательская группа профессора Тошихико Эки из Университета технологии Тоёхаси разработала высокоэффективный метод анализа почвенных нематод с использованием секвенатора нового поколения. В качестве ДНК-штрихкодов использовались участки гена 18S рибосомной РНК.

Метод успешно применили для выявления характеристик сообществ нематод, обитающих на полях, в рощах и домашних огородах. В будущем цель — расширить анализ на все почвенные организмы в сельскохозяйственных угодьях для изучения состояния почвы и биоразнообразия. Это должно внести вклад в развитие передового сельского хозяйства.

Нематоды — важные почвенные животные длиной в несколько миллиметров. Они играют ключевую роль в круговороте веществ. Среди них есть бактериофаги, грибофаги, паразиты растений и всеядные виды. Идентификация нематод, особенно растительно-паразитических, наносящих ущерб урожаю, важна для сельского хозяйства. Однако морфологическая идентификация сложна из-за большого разнообразия (более 30 000 видов) и внешнего сходства.

Команда сосредоточилась на ДНК-штрихкодировании — идентификации видов по уникальным нуклеотидным последовательностям гена-штрихкода. Был установлен метод с использованием секвенатора нового поколения для массового анализа последовательностей.

Были выбраны четыре региона-штрихкода в генах 18S рРНК, общих для эукариот. Нематоды для анализа выделили из почвы невозделываемого поля, рощи и домашнего огорода с кабачками. Фрагменты генов амплифицировали с помощью ПЦР и определили их нуклеотидные последовательности.

После идентификации вариантов последовательностей (SVs), представляющих отдельные виды, и их таксономической классификации выяснилось:

• В почве рощи было много растительно-паразитических нематод.
• В почве огорода преобладали бактериофаги.
• В почве невозделываемого поля, помимо бактериофагов, было много хищных и всеядных нематод.

Этот метод ДНК-штрихкодирования широко используется для анализа микробиоты кишечника, но его применение для эукариот, таких как нематоды, всё ещё исследуется. Данная работа демонстрирует его полезность для таксономического профилирования почвенных нематод.

По словам руководителя группы Тошихико Эки, текущий метод с секвенатором — это второе поколение технологии. Сейчас команда разрабатывает третье поколение: анализ ДНК, выделенной непосредственно из почвы, для изучения всего почвенного сообщества без предварительного выделения организмов. Уже идёт работа над анализом биоты почвы на полях капусты.

Цель — точно отслеживать, как сообщества почвенных организмов, включая микробы, меняются в процессе роста сельхозкультур, выяснить влияние растений на эти сообщества и изучить биоту, связанную с болезнями растений. В перспективе это позволит вести рациональное земледелие на основе биологических данных и внести вклад в развитие «умного» сельского хозяйства.