식물의 분류

Scientific Reports 12권, 기사 번호: 10857(2022) 이 기사 인용

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식물의 뿌리를 둘러싼 토양 지역인 근권에는 식물 성장 촉진 근균(PGPR)의 독특한 개체군이 서식합니다. 많은 중요한 PGPR과 식물 병원균은 슈도모나스(Pseudomonas)속에 속합니다. 그러나 이전에는 게놈 특징이 이러한 균주를 분리하는 데 제한적인 힘을 가지고 있음을 나타내는 것으로 생각되었기 때문에 유익한 균주와 병원성 균주 사이의 구분에 대한 불확실성이 있습니다. 여기서 우리는 게놈 속성(GP) 공통 생물학적 경로 주석 시스템과 기계 학습(ML)을 사용하여 뿌리권과 두 식물을 나타내는 필로스피어에서 분리된 91개 슈도모나스 균주의 게놈 전체 GP 구성과 식물 관련 생활 방식 사이의 관계를 확립했습니다. -관련 표현형. GP 농축 분석, Random Forest 모델 피팅 및 특징 선택으로 28개의 구별되는 특징이 밝혀졌습니다. 75개의 새로운 변종으로 구성된 테스트 세트는 분류를 위해 선택된 특징의 중요성을 확인했습니다. 결과는 GP 주석이 식물과 관련된 생활 방식을 더 잘 분류할 수 있는 유망한 계산 도구를 제공한다는 것을 시사합니다.

기아 제로 목표를 달성하기 위해 유엔이 설정한 목표 중에는 농업 식량 생산량을 두 배로 늘릴 필요성이 명시되어 있습니다1. 식물의 성능과 생산을 개선하려는 초기 시도는 식물 육종, 화학적 수단을 통한 해충 방제, 유한한 세계 매장량을 활용하는 합성 비료의 구현에 중점을 두었습니다2,3. 이러한 전략은 생산을 향상시키는 데는 성공적이었지만 환경에 대한 악영향이 증가함에 따라 지속 가능한 대안을 찾는 데 어려움을 겪고 있습니다4,5,6.

다수의 연구를 통해 협력적인 미생물군집이 식물 성장, 발달 및 건강에 중요한 긍정적인 역할을 할 수 있음이 입증되었습니다2,3,7. 한 가지 특별한 핫스팟은 식물 성장 촉진 근균(PGPR)8이 서식하는 식물 뿌리를 둘러싼 토양 지역인 근권입니다. 안정적인 PGPR 개체군은 토양에서 영양분 흡수를 강화하고 식물 호르몬 상태 및 대사를 조절함으로써 작물의 스트레스 내성, 성장 및 수확량을 증가시킬 수 있습니다7,9,10,11,12,13,14,15. 가장 많이 연구된 PGPR은 기능적으로 다양한 그룹인 슈도모나스 종(Pseudomonas spp.)으로, 식물 표면에 착생 식물로 살 수 있는 P. syringae와 같은 유익하고 (기회주의적인) 병원성 종을 대표하는 그룹입니다. 올바른 조건에서 P. syringae는 식물의 내부 조직에 서식하여 질병을 일으킬 수도 있습니다16,17,18.

슈도모나스(Pseudomonas) 계통의 식물 관련 생활 양식은 식물-기주 상호 작용 경로의 다양한 스펙트럼의 결과입니다. 게놈 기반 상관 접근법은 표현형에 기여하는 수많은 마커 유전자를 확인했습니다. 그러나 이러한 마커 유전자는 두 그룹 간에 어느 정도 공유되므로 결과적으로 새로운 게놈이 추가될 때마다 분할에 대한 불확실성이 증가합니다. 지금까지 슈도모나스 계통의 식물 관련 생활 양식에 기여하는 생물학적 기능 및 경로의 존재 및 완전성에 대한 일반적인 설명이 부족합니다. 이러한 지식은 발전소 성능과 탄력성을 향상시킬 수 있는 잠재력에 대한 근본적인 통찰력을 제공할 것입니다.

비교 기능 유전체학은 유전자가 생물학적 맥락에 놓일 때 가능합니다. 게놈 속성(GP)은 기능적 속성을 게놈에 할당할 수 있는 도메인 기반 기능 주석 시스템입니다. 이 리소스는 서로 다른 단백질 도메인 세트로 입증되는 1,286개의 일반적인 생물학적 경로 모음을 나타냅니다. 더 큰 규모의 기능적 비교를 위해, 단백질 도메인은 서열 유사성에 기초한 기술에 비해 확장성이 더 좋고 서열 변이에 덜 민감합니다 24,25. 여기서 우리는 총 1286개의 기능과 기계 학습 기술을 사용하여 GP 기반 기능 유전체학을 적용하여 91개의 완전히 서열화된 슈도모나스 균주를 문서화된 생활 방식과 비교했습니다. PGPR로 분류된 58개의 토양에 서식하는 슈도모나스 균주와 33개의 알려진 식물 병원체(주로 착생성 P.)입니다. 주사기 균주(EPP). 서로 다른 생활 양식을 가진 계통은 종종 단일 종에 속하기 때문에 상동 재조합을 통해 얻거나 잃는 게놈 섬이 식물 관련 생활 양식의 중요한 결정 요인을 암호화할 수 있다고 제안되었습니다26. 이러한 가변 영역에 의해 암호화된 게놈 특성에 대한 시스템 전반의 분석을 통해 우리는 슈도모나스 균주를 정확하게 분류하고 식물 관련 생활 방식에 기여할 수 있는 새로운 식별 기능적 특징을 식별할 수 있었습니다. 토론 섹션에서는 이러한 차별적인 특징을 생물학적 맥락에 배치합니다.