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El nuevo y rápido cribado genómico automatizado elimina las enfermedades de los cultivos

patógeno
Crédito: Pixabay / CC0 Public Domain

Investigadores del Earlham Institute (EI) han creado un nuevo flujo de trabajo automatizado utilizando robots de manipulación de líquidos para identificar la base genética para prevenir patógenos de plantas, que se pueden utilizar en una escala mucho mayor y rápida que los métodos actuales.


por Earlham Institute


El nuevo flujo de trabajo automatizado de EI Biofoundry ofrece a los científicos un control visual mejorado de las mutaciones genéticas vinculadas al control de enfermedades de los cultivos, acelerando el análisis a una fracción del tiempo en comparación con los métodos actuales, de meses a semanas, acelerando el desarrollo de nuevos productos para la protección de cultivos. en la industria agrícola.

La biosíntesis es la formación de compuestos químicos por un organismo vivo, o un proceso biosintético modelado en estas reacciones en organismos vivos.

La bio-fundición de la IE, junto con el Grupo Truman en el Centro John Innes, utilizó este flujo de trabajo para experimentar sobre el control del patógeno común de la papa, la sarna Streptomyces, que causa una enfermedad devastadora conocida como ‘sarna de la papa’, por Pseudomonas sp. (bacteria).

El equipo examinó 2.880 Pseudomonas sp. (aislado de un campo de papa) mutantes con el patógeno de la planta en solo 11 horas, para identificar y correlacionar la inhibición del crecimiento del patógeno con un grupo de genes biosintéticos en dos semanas, lo que indica qué genes estaban previniendo el patógeno.

Este enfoque identificará los genes involucrados en la inhibición del crecimiento de patógenos por parte de las bacterias, no la planta en sí; donde una cepa bacteriana o una molécula producida por una cepa bacteriana, terminaría como producto fitosanitario.

El nuevo flujo de trabajo automatizado de EI permitirá a los científicos ampliar el proceso de identificación de grupos de genes de Pseudomonas que son responsables de restringir el crecimiento de patógenos, evitar errores humanos y aumentar la reproducibilidad y la precisión. El flujo de trabajo de la biología de la ingeniería también se puede aplicar a análisis del genoma bacteriano similares.

Las biofonderías integran plataformas de hardware y software de alto rendimiento con enfoques de biología sintética para permitir el diseño, la ejecución y el análisis de experimentos a gran escala. La combinación única y poderosa de la infraestructura de Biofoundry de EI, la experiencia en biología molecular y la programación de automatización proporciona recursos flexibles para una amplia gama de flujos de trabajo y áreas de investigación.

El coautor del estudio y director de fundición de Earlham BIO, el Dr. José A. Carrasco López, dijo: «Demostramos la aplicabilidad de las biofundrías a la microbiología molecular mediante el uso de flujos de trabajo automatizados para identificar la base genética de la inhibición del crecimiento del patógeno vegetal Streptomyces sarna. por una cepa de Pseudomonas aislada de un campo de papa.

“El flujo de trabajo generado por EI Biofoundry resultó en la identificación de un grupo de genes ligado al efecto inhibidor sobre el patógeno de la papa, lo que facilitó mucho el proceso. Al identificar los nuevos determinantes genéticos, abre la puerta para encontrar los metabolitos involucrados en la inhibición de patógenos. «

El nuevo flujo de trabajo ayudará a los científicos a comprender cómo los genes están involucrados en la síntesis de los metabolitos inhibidores, observar el rango inhibitorio de la especie y cómo estos genes pueden usarse para el control biológico, y cómo Pseudomonas es resistente al mismo metabolito inhibidor que es. productor.

«Los cribados manuales se suelen realizar con replicadores de clavijas en la misma placa, donde muchos mutantes se encuentran juntos en presencia del patógeno», agrega el Dr. Carrasco López. «Esto significa que un mutante en un gen no relacionado podría enmascarar la falta de efecto inhibidor de un mutante de impacto real por proximidad».

«Resolvimos esto creando ensayos individuales para cada mutante; esto tiene un impacto significativo en la comunidad científica y proporciona un mejor control de los patógenos de los cultivos basados ​​en procesos biológicos que se traducirán en mejores rendimientos de los cultivos».

Aunque estos métodos microbiológicos se han utilizado antes, con el cribado de bibliotecas mutantes conocidas, este estudio innovador ha utilizado por primera vez un proceso de cribado automatizado para reducir el tiempo requerido y completar el proceso en semanas; mientras que manualmente, podría llevar meses.

Colaborador y primer autor Alaster Moffat, Ph.D. El estudiante del Laboratorio Truman, que se acercó a EI sobre la posibilidad de automatizar el cribado biosintético, dijo: «Anteriormente no habíamos podido identificar genes importantes para inhibir el crecimiento del patógeno utilizando enfoques bioinformáticos, pero este flujo de trabajo nos permitió sondear rápidamente el efectos de casi todos los genes accesorios en el genoma del aislado de Pseudomonas directamente y encontrar un nuevo grupo de genes biosintéticos en un período de tiempo muy corto «.

EI Biofoundry planea avanzar en el estudio mediante la creación de modificaciones en el flujo de trabajo para adaptarse a nuevos proyectos y patógenos. «Una vez que hayamos identificado el grupo de genes involucrado en la síntesis de este nuevo metabolito», dice el Dr. Carrasco López, «los científicos podrían mutar cada gen para identificar funciones y genes esenciales para la síntesis de metabolitos. Esto se puede aplicar para controlar patógenos de plantas y mejorar aún más el rendimiento de la cosecha de papa, para probar el rango inhibitorio de la especie de estos metabolitos e identificar nuevos genes de otras especies bacterianas vinculadas al deterioro de otros patógenos de cultivos «.



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