ĐOẠN TRÌNH TỰ DNA SỐ 23 TRONG PHÂN TRÙN QUẾ, KẺ HỦY DIỆT

Trình tự DNA trong phân trùn quế: số 23 cùng tôi vì phân trùn quế

Ngày càng có nhiều thử nghiệm thực địa chứng minh tác dụng của phân trùn quế đối với sự phát triển, năng suất và khả năng ức chế sâu bệnh và mầm bệnh của cây trồng.

Điều mà các thử nghiệm thực địa đó không thể làm được là giải thích chính xác lý do tại sao phân trùn quế có thể tạo ra kết quả khả quan như vậy so với các loại phân trộn khác.

Công việc do Tiến sĩ Zack Jones của Dự án Vermi-Microbiome bắt đầu có thể giúp ích rất nhiều trong việc cung cấp cho các nhà sản xuất phân trùn quế và người sử dụng sản phẩm này câu trả lời xác đáng cho những câu hỏi này.

Tôi đã gặp Zack vào năm 2019 tại Hội nghị Nuôi trùn quế Bang NC ở Raleigh, NC, nơi anh ấy thuyết trình về một dự án nhỏ sắp tới nhằm giải bài toán về trình tự DNA có trong phân trùn quế.

Zack là một anh chàng khác: trẻ, cực kỳ thông minh và tò mò một cách kỳ lạ về DNA của đất, đặc biệt là phân giun.

Khi bạn đọc bài viết này, có thể bạn sẽ có suy nghĩ giống như tôi khi nghe Zack trình bày về chủ đề này:

• Điều quái quỷ gì có thể thúc đẩy ai đó thực hiện một nghiên cứu như thế này?

• Những kiến thức khám phá được thậm chí chưa từng được biết đến?

• Nghiên cứu này có thể có ứng dụng gì trong việc sử dụng phân trùn quế?

Chủ đề này có thể hơi khó hiểu. Nhưng nó sẽ trở nên dễ hiểu hơn khi bạn xem xét điều đó…..

• đất là một hệ sinh thái

• hệ sinh thái đó có sự sống

• protein là nền tảng của sự sống

• tất cả các protein xuất hiện tự nhiên đều được tạo thành từ những định hướng duy nhất được lưu trữ trong DNA

Điều mà Zack đang cố gắng trả lời là “chúng ta có thể tìm hiểu được gì về phân trùn quế từ DNA của nó?”

Tôi có thể nói với bạn rằng nếu anh ấy chỉ giải trình tự DNA từ một mẫu thì câu trả lời là: Không nhiều.

Nhưng 100 mẫu? ĐƯỢC RỒI. 1000 mẫu? Tốt hơn. 10.000 mẫu? Bây giờ chúng tôi đang nấu ăn bằng gas.

Hiện tại, Zack không có 10.000 mẫu. Nhưng nếu các khoản tài trợ để mở rộng nghiên cứu hấp dẫn này được chấp thuận, anh ấy sẽ cần chúng.

Và đó là nơi bạn bước vào! Cuối cùng sẽ nói thêm về điều đó, nhưng bây giờ, hãy thưởng thức phần Hỏi đáp này với Tiến sĩ Zack Jones!

UWC: Bạn có thể cung cấp cho chúng tôi phiên bản Reader's Digest của nghiên cứu của bạn và những gì bạn hy vọng học được từ nó không?

Dự án Vermi-Microbiome đặt ra mục tiêu đưa trình tự DNA và hệ sinh thái vi sinh vật vào phân trùn quế. Đây là một dự án nghiên cứu và giáo dục bắt đầu tại Hội nghị Nuôi trồng trùn quế Bang NC 2019 và được tài trợ bởi WSARE , viết tắt của Tổ chức Giáo dục, Nghiên cứu & Nông nghiệp Bền vững Phương Tây.

Không giống như hầu hết các chất cải tạo đất, giá trị của phân trùn quế được cho là chủ yếu nằm ở quần thể vi sinh vật sống trong hỗ hợp phân trùn. Bởi vì phân hữu cơ rất đa dạng về mặt sinh học và luôn thay đổi nên hầu hết đều nghĩ rằng việc cố gắng áp dụng trình tự DNA sẽ quá phức tạp hoặc không mang lại lợi ích gì. Về cơ bản sẽ có quá nhiều nhiễu trong dữ liệu. Với dự án này, chúng tôi chủ yếu chỉ muốn xem liệu chúng tôi có thể hợp tác với các nhà sản xuất phân trùn quế hay không để xem liệu chúng tôi có thể làm cho nó trở nên hữu ích và có giá trị cao hơn nhiều thông qua phương pháp tiếp cận dựa trên khoa học cộng đồng hay không.

Chúng tôi không chỉ thu thập mẫu DNA.

Chúng tôi cũng đã gửi mọi mẫu để phân tích phân trộn truyền thống. Mỗi người tham gia cũng điền vào một bảng câu hỏi để chúng tôi có thể cố gắng hiểu các nguyên liệu thô hoặc phương pháp ủ phân trùn quế khác nhau có thể ảnh hưởng như thế nào đến cộng đồng vi sinh vật. Chúng tôi cần tất cả thông tin bổ sung này để sử dụng làm bộ lọc nhằm giúp diễn giải dữ liệu giải trình tự DNA vì quần thể vi sinh vật rất phức tạp.

Cuối cùng, chúng tôi muốn xem liệu chúng tôi có thể sử dụng thông tin và dữ liệu đã thu thập để cho phép các nhà sản xuất phân trùn quế đưa ra quyết định quản lý tốt hơn hoặc tiếp thị sản phẩm của họ theo những cách mới hay không.

UWC: Bạn đã thu thập được bao nhiêu mẫu? Và bạn có cảm thấy chỉ cần học những gì bạn cần là đủ không?

Cuối cùng, chúng tôi đã thu thập được khoảng 225 mẫu từ 25 nhà sản xuất phân trùn quế khác nhau ở Mỹ và Canada. Khoảng một nửa số mẫu đó là mẫu phân trùn quế, còn lại là trà trùn, phân hữu cơ, phân chuồng và một số ít đất. Tôi nghĩ rằng chúng tôi đã thu thập đủ mẫu để tìm hiểu một số điều, nêu bật nhu cầu nghiên cứu trong tương lai và quan trọng nhất là chứng minh rằng công nghệ này có thể hữu ích. Chúng tôi đã mất dữ liệu cho một số mẫu trong quá trình thực hiện nên chúng tôi có thể không đạt được một số mục tiêu. Chúng tôi luôn có thể sử dụng nhiều mẫu hơn, nhưng tôi bị choáng ngợp bởi số lượng người tham gia và sự hỗ trợ cho dự án.

UWC: Có khó khăn gì khi thực hiện nó?

Có cảm giác như dự án này đã chứa đầy những trở ngại ngay từ khi nó bắt đầu. Tôi phát hiện ra rằng dự án đã được tài trợ vào cùng tuần đứa con đầu lòng của tôi chào đời, cũng trùng với đợt bùng phát COVID đầu tiên vào tháng 3 năm 2020. Trong khi đứa trẻ được mong đợi, COVID đã tước đi quyền tiếp cận phòng thí nghiệm theo kế hoạch trong toàn bộ thời gian nghiên cứu. Tôi không thể thực hiện một số thử nghiệm sơ bộ trước khi thu thập mẫu nên chúng tôi phải làm theo. Điều này dẫn đến một số vấn đề ở khâu vận chuyển và trích xuất DNA.

Nhìn chung, chúng tôi phải sáng tạo để chuẩn bị sẵn sàng các mẫu cho giải trình tự kể từ khi các trường đại học đóng cửa. Trên hết, công cụ giải trình tự mà chúng tôi định sử dụng đã bị hỏng nên chúng tôi cũng phải tìm một giải pháp thay thế cho công cụ đó. Cuối cùng chúng tôi đã gỡ bỏ được nó, nhưng tôi phải trả giá bằng vài sợi tóc bạc!

UWC: Sau khi nhận được kết quả, điều gì khiến bạn ngạc nhiên? Bạn có học được điều gì mà bạn không lường trước được không?

Chúng tôi vẫn đang trong quá trình khám phá tất cả dữ liệu nhưng chúng tôi đã có một số điều ngạc nhiên thú vị. Phân tích ban đầu cho thấy phân trùn quế có thể khác nhau như thế nào. Ví dụ, phạm vi pH của các mẫu phân trùn quế của chúng tôi là từ 4,7 đến 8,1. Nguyên liệu làm phân trùn quế cũng đa dạng hơn tôi tưởng tượng. Khoảng một nửa số nhà sản xuất sử dụng ít nhất 20% phân chuồng trong khi một nửa sử dụng ít hoặc không sử dụng phân chuồng nên chúng tôi có rất nhiều loại thức ăn khác nhau cho giun.

Cho đến nay, phát hiện thú vị nhất của chúng tôi là từ phân tích hệ vi sinh vật cốt lõi để xem vi khuẩn nào phổ biến nhất trong số tất cả các mẫu phân trùn quế. Chúng tôi phát hiện thấy một nhóm nhỏ vi sinh vật được tìm thấy trong hầu hết các mẫu phân trùn quế. Các sinh vật phổ biến nhất được tìm thấy với mức độ phong phú cao nhất là từ chi Chryseolinea. Các loài thuộc chi này đã được phân lập và chứng minh là chất kích thích tăng trưởng thực vật. Một loài thậm chí đã được cấp bằng sáng chế ở Hàn Quốc để thúc đẩy sự phát triển của bắp cải . Một nghiên cứu gần đây với cà chua cho thấy chúng là sinh vật xác định hệ vi sinh vật rễ của cây được xử lý bằng phân trùn quế. Trong nghiên cứu này, cà chua được cải tạo bằng phân trùn quế hoạt động tốt như cà chua được thụ tinh tổng hợp, gợi ý rằng loại sinh vật này một phần có thể là nguyên nhân.

Một nghiên cứu khác cho thấy chúng có thể chịu trách nhiệm ngăn chặn bệnh cây.

Thật đáng ngạc nhiên khi tìm thấy nhiều thông tin về sinh vật phổ biến số 1 trong phân trùn quế. Ngược lại, sinh vật phổ biến thứ hai được tìm thấy là từ dòng Pir_4 mà chúng ta hầu như không biết gì về nó. Vấn đề này khá phổ biến vì hầu hết vi khuẩn và nấm chưa được nghiên cứu kỹ, nhưng điều đó không có nghĩa là những sinh vật này không quan trọng.

Chi Devoisa cũng là chi phổ biến thứ 5 được tìm thấy và có các thành viên được biết đến là chất kích thích tăng trưởng thực vật.

Nhìn chung, tôi nghĩ chúng ta đã bắt đầu giải thích được tại sao phân trùn quế, bất kể được làm bằng cách nào, đều có xu hướng thực sự có lợi cho cây trồng. Tôi cũng phải dành nhiều lời khen ngợi cho Tiến sĩ Gary Vanzin, người đang thực hiện phân tích này. Anh ấy có thể thực hiện một số công việc thực sự ở cấp độ tiếp theo để tìm ra tín hiệu trong một mớ hỗn độn thông tin.

UWC: Bạn có biết Chryseolinea có phổ biến trong các loại phân trộn hoặc chất cải tạo đất khác không?

Tôi không thực sự chắc chắn. Đây vẫn là một phát hiện khá mới nên tôi vẫn đang cố gắng tìm hiểu tài liệu. Nhưng chúng đã được tìm thấy trong các loại phân trộn khác. Một nghiên cứu gần đây vào năm 2021 xem xét quá trình ủ phân từ hạt chưng cất đã xác định chúng là một chỉ báo về độ ngấu của phân trộn. Trong nghiên cứu của chúng tôi, chúng tôi cũng tìm thấy chúng trong các mẫu phân nên chúng không phải là duy nhất của phân trùn quế.

Nhưng phân trùn quế sẽ chọn lọc chúng.

UWC: Rõ ràng, phân trùn quế không tuân theo một dòng dõi cố định như bạn có thể có với dữ liệu của 23 và Tôi hoặc Ancestry.com. Nhưng chắc chắn phải có một số điểm tương đồng có thể cho bạn biết, chẳng hạn như "Ồ đúng rồi, cái này trông giống như phân trùn quế thải thực phẩm."

Đúng vậy, nó hơi khác so với xét nghiệm di truyền ở người nhưng phương pháp cơ bản thì tương tự.

Thay vì sử dụng bộ gen của con người, chúng tôi đang giải trình tự gen ở mọi loại sinh vật để xác định ai tạo nên cộng đồng vi sinh vật. Chúng tôi có thể không biết họ đang làm gì, nhưng cộng đồng này có thể là một loại “dấu vân tay” có khả năng được sử dụng để xác định những mẫu khác, chẳng hạn như liệu nó có được làm bằng chất thải thực phẩm hay không. Tôi cũng có thể đảo ngược phân tích này và cố gắng chọn một số sinh vật nhất định với các loại phân trộn hoặc phương pháp ủ phân khác nhau. Đây là loại “chén thánh” của phân tích hệ vi sinh vật và thành thật mà nói, tôi không nghĩ chúng ta sẽ đạt được mục tiêu chỉ với nghiên cứu này.

Chúng tôi vẫn đang nghiên cứu xem liệu chúng tôi có thể hiểu được những yếu tố quan trọng nhất ảnh hưởng đến cộng đồng vi sinh vật trong phân trùn quế hay không, nhưng có quá nhiều biến số.

Chúng tôi thực sự cần rất nhiều mẫu để hướng tới phương pháp này nhưng tôi nghĩ điều đó là có thể.

UWC: Bạn đã phân tích nhiều hơn phân trùn quế. Bạn đã học được gì về phân trùn quế so với phân trộn thông thường, phân động vật và bokashi?

Lần đầu tiên tôi bắt đầu làm phân trùn quế vào khoảng năm 2014 khi tôi gặp một nhà sản xuất phân trùn quế & bokashi ở thành thị ở Denver. Tôi đã bỏ một số mẫu bokashi, phân trùn quế và phân bón của anh ấy để sắp xếp trình tự với các mẫu khác của tôi cho trường học sau đại học. Tôi thực sự choáng váng trước sự thiếu đa dạng sinh học ở Bokashi.

Vào thời điểm đó, người ta cho rằng nó là một hỗn hợp tuyệt vời của các vi sinh vật có tác dụng hiệp đồng, nhưng thực ra nó chỉ là lactobacillus , sinh vật làm sữa chua tiêu chuẩn của bạn.

Mặt khác, mẫu phân trùn quế là mẫu đa dạng nhất mà tôi từng thấy. Tôi cảm thấy như còn rất nhiều việc phải làm, điều đó thực sự thú vị hơn công việc tốt nghiệp của tôi và điều gì đã dẫn đến việc bắt đầu dự án này.

Đối với nghiên cứu này, tôi hy vọng cung cấp một số nghiên cứu tổng quát về phân trùn quế và so sánh nó với các mẫu khác như đất, phân hữu cơ, thử và theo dõi sự thay đổi đa dạng trong toàn bộ quá trình từ phân bón đến phân trùn quế. Nếu tôi nói với bạn phân trùn quế có chỉ số đa dạng là 5 thì điều đó khá vô nghĩa. Nhưng nếu cát có chỉ số đa dạng là 1, đất nghèo 2, đất 3, đất khỏe 4 và phân trùn quế 5 thì nó bắt đầu có ý nghĩa hơn.

Chúng tôi thực sự đã tìm thấy sự đa dạng sinh học khá rộng giữa tất cả các loại phân trùn quế. Tôi có thể nói rằng hầu hết đều tương đối cao và một số thấp đến mức đáng ngạc nhiên. Nhìn chung, tôi có thể nói rằng sự đa dạng sinh học đã tăng lên từ phân chuồng sang phân ủ sẵn rồi đến phân trùn quế nhưng không nhiều như tôi mong đợi.

Chúng tôi vẫn đang xem xét những yếu tố nào có thể ảnh hưởng đến sự đa dạng tổng thể.

Tôi nên có thêm một số thông tin về điều đó sớm.

UWC: Bạn thực sự quan tâm đến không gian nông nghiệp tái tạo. Nghiên cứu của bạn sẽ áp dụng cho điều đó như thế nào?

Đúng, tôi nghĩ nông nghiệp tái tạo hiện là không gian duy nhất mà tôi có thể thấy mình đang làm việc. Có một cộng đồng tuyệt vời với những người chia sẻ thông tin và khuyến khích lẫn nhau. Tôi cũng thấy rất nhiều người có nhiều ý tưởng hay đang cố gắng giải quyết vấn đề trong lĩnh vực này. Tôi đã thấy điều này khi tham dự hội nghị Phân trùn quế Bang NC vào năm 2019, cũng như Hội nghị Đổi mới và Sức khỏe Đất NCAT năm 2021 .

Tôi rất ngạc nhiên trước những câu hỏi cấp cao mà mọi người hỏi về sự đa dạng, tỷ lệ giữa nấm và vi khuẩn và hormone tăng trưởng thực vật. Tôi cảm thấy mình có thể giúp trả lời rất nhiều câu hỏi mà mọi người đang hỏi vì phần lớn trong số đó liên quan đến vi sinh học. Thực sự toàn bộ khái niệm về nông nghiệp tái tạo và sức khỏe của đất đều dựa trên thực tế là đất còn sống và cung cấp dinh dưỡng cho cây trồng. Như tôi đã nhận ra với khoản tài trợ này, cách duy nhất để tiếp tục cố gắng và tiếp tục trả lời những câu hỏi này là thành lập công ty và không gian phòng thí nghiệm của riêng mình.

UWC: Bạn có thể cho tôi biết thêm về công việc kinh doanh không?

Có rất nhiều người có những ý tưởng và câu hỏi hay về cộng đồng vi sinh vật có thể được giải đáp bằng phân tích hệ vi sinh vật dựa trên DNA. Tôi đã có thể nghĩ ra rất nhiều thí nghiệm khác nhau mà chúng ta có thể thực hiện chỉ với than sinh học tích điện. Vấn đề là không có cách nào dễ dàng tiếp cận hoặc có giá cả phải chăng để mọi người sử dụng công nghệ này để khám phá ý tưởng của họ hoặc chứng minh giá trị của một sản phẩm như phân trùn quế. Hoạt động kinh doanh này sẽ là giải pháp cho những vấn đề đó với mục tiêu cung cấp quyền truy cập vào trình tự DNA và báo cáo hệ vi sinh vật để tóm tắt kết quả. Cuối cùng, tôi muốn tiến thêm một bước nữa tới công cụ theo dõi và khám phá hệ vi sinh vật tương tác. Gần đây tôi đã gửi một khoản trợ cấp cho doanh nghiệp nhỏ để thử và bắt đầu, nhưng tôi không biết liệu nó có được tài trợ trong khoảng 6 tháng nữa hay không. Tôi chủ yếu chỉ muốn tiếp tục thực hiện giáo dục và tiếp cận các cộng đồng nông nghiệp khác nhau và công ty này sẽ cung cấp các nguồn lực để thực hiện điều đó. Tôi hiện đang tìm kiếm thêm các nhà sản xuất phân trùn quế để tham gia vào một nghiên cứu tương tự về Vermi-Microbiome Project 2.0. Tôi hy vọng Công ty Urban Worm và độc giả của bạn có thể giúp đỡ điều đó! Tại sao trình tự DNA của phân trùn quế lại quan trọng Có thể bạn vẫn đang thắc mắc…..tại sao?

Nhưng tôi nghĩ tôi biết tại sao điều này lại quan trọng.

Ví dụ, các thử nghiệm thực địa có thể cho chúng ta biết rằng phân trùn quế từ chất thải thực phẩm sẽ hoạt động khác với phân trùn quế làm từ phân chuồng. Chúng ta thậm chí có thể biết rằng các loại phân bón từ rác thải thực phẩm cụ thể - ví dụ như quả mọng và ngũ cốc - có thể mang lại cho chúng ta những kết quả khác nhau nhất định.

Nhưng chúng tôi vẫn đang tìm hiểu lý do tại sao.

Nếu protein là nền tảng của sự sống thì nghiên cứu của Zack có thể cung cấp cho chúng ta nền tảng để hiểu chính xác lý do tại sao một số axit hoặc protein nhất định lại phổ biến hơn trong một số loại phân trùn quế nhất định. Nếu bạn đọc các câu trả lời ở trên thì có thể một hạt vàng đã lao vào bạn; Xác định của Zack về vi khuẩn thúc đẩy tăng trưởng thực vật Chryseolinea, hiện diện trong hầu hết các loại phân trùn quế.

Một phát hiện như thế này gợi ý những điều sau đây có thể xảy ra: Nếu chúng ta có thể tìm hiểu chính xác vi khuẩn nào mang lại những lợi ích nhất định cho đất và chúng ta có thể liên kết những vi khuẩn đó với các yếu tố đầu vào hoặc điều kiện nhất định trong quá trình ủ phân trùn quế, thì chúng ta có thể thiết kế các hoạt động ủ phân trùn quế để tối ưu hóa cho những vi khuẩn đó.

Ví dụ (và tôi hoàn toàn bịa ra điều này), nếu chúng ta biết rằng phân trùn quế làm từ phân ngựa ở vùng có khí hậu lạnh hơn tạo ra nồng độ vi khuẩn cao hơn giúp thực vật chống lại ký sinh trùng diệt rễ như Pythium, thì chúng ta có thể cố tình tạo ra phân trùn quế được thiết kế bằng Đặc tính ức chế Pythium.

Điều này có thể có ý nghĩa rất lớn trong việc khai thác thiên nhiên, giảm sự phụ thuộc vào hóa chất và thậm chí còn mang lại nhiều lợi ích môi trường hơn cho việc ủ phân trùn quế.

Bạn có muốn nhiễm sắc thể số 23 và tôi cho phân giun của bạn không?

Zack và tôi đang thu thập danh sách những người muốn lấy mẫu phân giun của họ cho nghiên cứu Vermi-Microbiome Project 2.0. Chúng tôi cần cả doanh nghiệp làm phân trùn quế tại nhà *và*.

Vì vậy, miễn là bạn đang sản xuất dàn diễn viên thì chúng tôi muốn nghe ý kiến ​​của bạn.

Khoản tài trợ của Zack cho Dự án Vermi-Microbiome 2.0 có nhiều khả năng được trao hơn nếu chúng tôi có thể cho những người tốt ở WSARE thấy rằng chúng tôi có một lượng người tham gia nhiệt tình sẵn sàng và sẵn sàng gửi cho anh ấy phân trùn quế.

Cập nhật năm 2022: Đáng buồn thay, Zack đã không giành được giải thưởng cho khoản tài trợ WSARE, nhưng chúng tôi sẽ tiếp tục cố gắng thúc đẩy khoa học phát triển!

THEO URBAIN WORM COMPANY