Возможность точно идентифицировать микроорганизмы – это фундаментальная задача, решение которой необходимо для всестороннего понимания особенностей развития и взаимодействия организмов в их естественной среде обитания. На сегодняшний день изучено менее 1% бактерий, остальные 99% не поддаются культивированию на стандартных микробиологических средах (Amann et. al.,1995).
За последние двадцать лет в мировой микробиологии произошла революция, связанная с пониманием истинных масштабов биологического разнообразия. На сегодняшний день актуальны исследования в области молекулярной экологии микроорганизмов, они объединяются под общим названием – метагеномные исследования. Принимая во внимание недостатки традиционных подходов изучения, необходимо исследовать микробные сообщества в почве с помощью современных молекулярно-биологических методов (Next-generation sequencing), в состав которых входит высокопроизводительное глубокое секвенирование.
Глубокое секвенирование ДНК - альтернативный метод точного определения микробного разнообразия и выявления возможных связей между экологическими процессами и сложными организмами. Некоторые типы почв были успешно изучены этим методом, преимущественно с использованием 16S-специфичных праймеров (Mao, Yannarell et al., PLoS One 2011). Хотя данный подход полностью подтвердил свою эффективность при анализе масштабных микробных сообществ, использование современных консервативных геномных маркеров микроорганизмов делает такого рода исследования еще более объективными (Segata et al., Nature Methods, 2012).
Получение новых геномных данных по бактериям даст возможность для характеристики новых ферментов (Liu et. al.,2011), вторичных метаболитов, улучшения роста растений в почве, биологического контроля за патогенами (Saunders et. al., 2011) и биоремедиации почв (Kumar, Khanna., 2010). Новые знания о структуре и разнообразии грибных сообществ в почве помогут лучше понимать их специфические функции во взаимодействиях «грибы-растения», «грибы-пестициды», «грибы-бактерии».
В России исследования почвенных микробиомов с помощью метагеномного подхода и глубокого секвенирования (NGS) еще не получило широкого распространения, но из года в год таких работ становится больше (Першина и др., 2012; Алексеев и др., 2012). Россия входит в число стран наиболее обеспеченных земельными ресурсами. В настоящее время хозяйственная деятельность и грубые нарушения технологий интенсивного земледелия приводят к масштабной деградации земель. Поэтому изучение типов почв России с помощью глубокого секвенирования и метагеномного анализа крайне важно, так как полученные данные будут востребованы в природоохранной и сельскохозяйственной сферах (повышение почвенного плодородия и биоремедиация).
Таким образом, в рамках данного проекта впервые будут изучены почвенные микробиомы в наиболее распространенных на территории России типах почв с помощью самых современных вариантов высокопроизводительного глубокого секвенирования на платформе Illumina и их последующим метагеномным анализом.
Микробиом почв отражает весь комплекс ее свойств, включая биологические, а также широкий ряд трудно учитываемых или неучитываемых факторов, влияющих на почвенное плодородие и сельскохозяйственный потенциал почв. В дальнейшем на основе данных массового скринига исследуемых типов почв России предполагается разработать систему микробиомного мониторинга почв сельскохозяйственного назначения, обеспечивающую адекватную оценку их агроэкологического состояния и разработку методов оптимизации использования данных почв.
Полученные результаты будут способствовать пониманию экологических функций почв, связанных с ее биотой, детализации таких аспектов, как структура почвенных микробных комплексов, их происхождение, трофические связи, баланс элементов питания, открытие новых генов, вторичных метаболитов и новых видов организмов. Данное исследование поможет изменять экологическое состояние почв с помощью оценки функционирования микроорганизмов в желаемом направлении.
