Depuis 2011, une maladie mystérieuse connue sous le nom de syndrome de Canopy jaune, ou YCS, a affligé la canne à sucre australienne. La condition provoque des feuilles moyennes de plantes autrement saines pour devenir rapidement au jaune jusqu’à ce que le rendement en sucre de la plante puisse diminuer jusqu’à 30 pour cent.
Au cours des dernières années, le syndrome s’est propagé à travers le continent. Les pertes sont estimées à environ 40 millions de dollars et les producteurs craignent de pouvoir ruiner l’industrie en Australie.
«Au début du projet, il y avait de nombreuses possibilités, mais peu de preuves pour suggérer la cause», déclare Kate Hertweck, professeur adjointe de biologie à l’Université du Texas à Tyler (UT Tyler) et membre de l’équipe de chercheurs explorant Les causes de la maladie. « Il pourrait s’agir d’une réaction physiologique causée par l’eau ou des nutriments dans le sol. Ou cela pourrait être une cause biologique, comme un insecte, un virus ou un champignon ».
Alors que certains chercheurs utilisent des expériences sur le terrain et une microscopie pour enquêter sur la maladie, Hertweck et ses collaborateurs de Sugar Research Australia et de l’Université du Queensland poursuivent une approche génomique, en utilisant le séquençage de l’ARN de prochaine génération pour comparer et analyser les données génétiques des plantes affectées et non affectées de Des emplacements de terrain variés sur une période de trois ans.
«La canne à sucre est une culture agricole importante», déclare Kate Wathen-Dunn, technicienne senior de Sugar Research Australia. « Il a également l’une des génétique les plus complexes connues, avec des nombres multiples et variables de chaque chromosome ».
En partie en raison de sa complexité, la canne à sucre n’avait pas encore un génome de référence disponible comme point de départ de la comparaison pour les chercheurs, de sorte que Hertweck et Wathen-Dunn se sont mis à créer un, spécifiquement pour le transcriptome de la plante: les molécules d’ARN messenger exprimées par le Les gènes d’un organisme, qui déterminent les protéines que la plante produira.
« Avec cette référence de transcriptome, nous pourrions comparer le syndrome de Canopy jaune et les échantillons de contrôle prélevés à différents moments de différentes variétés et de différentes régions en croissance », a déclaré Wathen-Dunn. « Comme la quantité de données impliquées était énorme, la seule façon de faire cette assemblage était sur un cluster informatique performant ».
Hertweck et son équipe se sont tournés vers les superordinateurs au Texas Advanced Computing Center (TACC), basé à l’Université du Texas à Austin, pour effectuer leurs recherches à grande échelle. TACC gère plusieurs des plus grands supercalculateurs du monde, qui soutiennent des milliers de chercheurs américains chaque année.
Les ensembles de transcriptome prennent des molécules d’ARN qui ont été fragmentées et séquencées, et les remet en ordre. Le processus est toujours intensif en termes de calcul, mais lorsqu’il existe de nombreux échantillons – comme cela a été le cas pour la recherche sur la canne à sucre -, il peut être particulièrement difficile à manier. L’équipe a recueilli des données de séquence d’ARN provenant de 70 échantillons de feuilles et utilisé des algorithmes multiples et des sous-séquences multiples pour créer un assemblage de novo.
« Même sous une forme compressée, la taille des fichiers pour les ensembles transcriptome est énorme », dit Hertweck. «J’ai commencé à comprendre que j’avais besoin de ressources informatiques beaucoup plus importantes que je n’avais disponibles».
Le transcriptome de référence qu’ils ont créé a permis à l’équipe d’explorer comment différents échantillons expriment différentes protéines, qui fournissent des indices à la cause de YCS.
Jusqu’à présent, Hertweck et son équipe ont effectué des analyses préliminaires de gènes préliminaires sur un sous-ensemble des données et utilisent les assemblages pour évaluer une variété d’hypothèses pour ce qui pourrait causer la maladie.
« Si c’est une bactérie, il y a des gènes qui pourraient être exprimés. Si c’est un virus, des gènes distincts pourraient être exprimés », dit-elle. « Nous avons détecté certaines différences qui pourraient être un signe de bactéries, mais elles sont parfois également liées à des contaminants de laboratoire ».
D’autres recherches détermineront si l’expression du gène se rapporte à la véritable cause de la maladie ou est un faux signal.
Ils ont également trouvé plusieurs signaux de stress physique (ou abiotique) dans les données, ce qui nécessite une étude approfondie.
« Le stress abiotique est très important dans l’expression des symptômes, et les plantes de canne à sucre affectées par YCS semblent être plus sensibles à ces contraintes », explique Wathen-Dunn. « Les ressources informatiques fantastiques disponibles au TACC nous ont permis de poursuivre nos recherches sur la cause de YCS et de faire de nouvelles découvertes sur le métabolisme de la canne à sucre ».
Hertweck et Wathen-Dunn ont présenté leurs recherches lors de la Réunion d’évolution de 2016 – la conférence annuelle conjointe de la Société pour l’étude de l’évolution, la Société des biologistes systématiques et la Société américaine des naturalistes. Le travail a également été présenté lors de la conférence australienne sur la bioinformatique et la biologie computationnelle (AB3ACBS) de 2016.
Ils présenteront leurs derniers résultats lors de la Conférence internationale de l’agriculture tropicale de 2017 en novembre.
La capacité à approfondir le transcriptome de la canne à sucre en utilisant les ressources de TACC a impressionné les collaborateurs australiens de Wathen-Dunn.
« Ils ont pensé qu’il était étonnant que nous ayons des ordinateurs qui peuvent gérer tout cela », dit-elle. «Il les a encouragés à faire en sorte que certains de leurs employés soient formés pour interagir avec des ressources informatiques de haute performance».
Recherche et enseignement avec les systèmes TACC
Hertweck a d’abord appris sur TACC quand elle a postulé pour son poste de professeur à UT Tyler. Les offres d’emploi ont mentionné que les chercheurs pourraient utiliser les systèmes TACC par l’intermédiaire de l’initiative Cyberinfrastructure de recherche de l’Université du Texas (UTRC) qui, depuis 2007, a permis aux chercheurs de l’une des 14 institutions du Système de l’Université du Texas d’accéder aux ressources, à l’expertise et à l’expertise de TACC. entraînement.
Hertweck a assisté à l’Institut d’été TACC en 2015 et a utilisé les ressources informatiques avancées de TACC, y compris Stampede et Lonestar 5, depuis lors pour les études génomiques sur les graminées, les lys, les iris, les orchidées et les génomes de la mouche des fruits.
« Une partie de la lutte pour une petite université régionale comme la mienne pour pouvoir attirer de solides candidats est le fait que nous n’avons pas de grappe locale ici sur le campus », dit Hertweck. Un accès facile aux ressources TACC répond à ce problème.
« Il existe un grand désir pour ce type de ressource. Les gens sont très intéressés à pouvoir en profiter », dit-elle. « Mon travail a été publié avec le désir d’amener quelqu’un qui pourrait profiter de ces ressources et ouvrir la porte à d’autres chercheurs pour les utiliser aussi. »
Hertweck a fait exactement cela. En plus de ses propres recherches, Hertweck joue le rôle de champion pour l’informatique haute performance chez ses collègues et enseigne des cours de bioinformatique aux étudiants de premier cycle et aux étudiants diplômés utilisant le système de cloud computing Jetstream de TACC. Dans ses cours, les étudiants explorent les données séquentielles des bactéries qui sont étudiées pour les futures applications de biocarburants et d’autres espèces génétiquement intéressantes.
« Les cours complets de diplômés et étudiants de premier cycle exécutent des analyses de base sur les systèmes TACC. Ils font des assemblées et des analyses de base et voient ce que montrent les séquences », dit Hertweck. « Ils sont très enthousiasmés par la capacité d’analyser de nouvelles données et de trouver des choses intéressantes. Je leur dis: » Vous allez avoir une information que personne n’a jamais vue auparavant « .
Aider les chercheurs et les étudiants à découvrir de nouvelles facettes de la nature – c’est exactement ce que les systèmes de TACC sont construits.
La Source: http://bit.ly/2voOfIN
