История двух наборов данных: новая стратегия анализа ДНК помогает исследователям разобраться в почве

Учёные из Университета штата Мичиган совместно с коллегами из Объединённого института генома Министерства энергетики США (DOE JGI) и Национальной лаборатории имени Лоуренса в Беркли опубликовали в PNAS крупнейшее на сегодняшний день исследование по секвенированию ДНК почвы. В рамках амбициозного пилотного проекта они сравнили микробные сообщества почв кукурузных полей Среднего Запада и нетронутых участков Великих равнин, сгенерировав почти 400 миллиардов пар оснований — эквивалент более 130 человеческих геномов.

Исследование важно для понимания биологических основ и экосистемных услуг микробного сообщества одного из самых плодородных почвенных регионов мира. Великие равнины играют ключевую роль в секвестрации углерода, производстве биомассы для биотоплива и обеспечении продовольственной безопасности. Однако анализ почвенных метагеномов — «грандиозная задача» из-за огромного объёма данных и отсутствия референсных геномов.

Для обработки данных учёные применили метод «цифровой нормализации», ранее опробованный на данных о микробиоме кишечника человека. Этот подход, аналогичный сжатию JPEG-файлов, позволил уменьшить вычислительные требования в 2–200 раз, сделав сложный анализ более доступным. «Это может привести к фундаментальному сдвигу в мышлении», — отметил ведущий автор исследования C. Тайтус Браун.

Несмотря на рекордный объём данных, их оказалось недостаточно для глубокого изучения всех микробных игроков в образцах почвы. «Основной вывод исследования в том, что для всестороннего изучения почвенных метагеномов необходимо гораздо больше данных», — заключили авторы. Разработанная стратегия анализа открывает новые возможности для изучения роли почвенных микробов в циклах углерода и питательных веществ, что имеет критическое значение для прогнозирования изменений климата и управления экосистемами.