Vi sinh vật (VSV) có vai trò quan trọng trong các chu trình sinh thái như hình thành cấu trúc đất, phân hủy chất hữu cơ, tham gia chu trình chuyển hóa các nguyên tố và hợp chất quan trọng cũng như các chất dinh dưỡng. Chúng cũng tham gia kìm hãm sự phát triển bệnh ở cây, tăng sinh trƣởng cho cây giúp cây thích ứng với môi trường. Nhóm VSV sống tự do trong đất lại có vai trò đặc biệt quan trọng trong việc tạo nên độ màu mỡ, độ phì của đất.

Kỹ thuật metagenomics hiện đại cung cấp các công cụ phân tích toàn diện sự đa dạng và hoạt động của vi sinh vật trong môi trường, cũng như vai trò của chúng đối với đất và cây chủ. Cho đến nay, sau khoảng 20 năm phát triển, metagenomics là công cụ mạnh mẽ được sử dụng rất rộng rãi để nghiên cứu sự đa dạng vi sinh vật, chức năng của chúng, sự tương tác, tiến hóa trong các môi trường.

Việc áp dụng công nghệ metagenomics vào nghiên cứu hệ gen của VSV đất, đã và sẽ đóng vai trò to lớn trong các nghiên cứu tiếp theo. Với đặc điểm khí hậu nhiệt đới và cận nhiệt đới, và khu hệ động thực vật đa dạng, Việt Nam được coi là một trong những nước lớn cung cấp nguyên liệu cây thuốc và cây công nghiệp trên thế giới. Chính vì vậy, cây nghệ Curcuma longa là một loại cây thuốc có củ mà trong những năm gần đây đang được đầu tư trồng ở quy mô lớn ở nước ta để khai thác theo hướng hoạt chất curcuminoid. Ở khía cạnh cây công nghiệp, xuất khẩu cà phê từ những năm gần đây đã đạt mức gần hai triệu tấn với kim ngạch trên ba tỷ USD, Việt Nam đã trở thành nước sản xuất cà phê lớn nhất thế giới. Tuy nhiên, do tập trung vào tăng sản lượng nên các vùng đất trồng cà phê và cây nghệ đang bị khai thác quá mức, gây nhiều vấn đề về môi trường. Việc phân tích cấu trúc vi sinh vật và gene nhằm tìm kiếm các chỉ thị sinh học đặc hiệu cho sản xuất cây thuốc sử dụng chế độ canh tác bền vững (dùng phân hóa học, sinh học) cũng hết sức cần thiết. Nghiên cứu đánh giá sự đa dạng, ảnh hưởng của hệ vi sinh vật vùng rễ đến sự sinh trưởng và phát triển của cây thông qua kĩ thuật metagenomics là rất cần thiết. Vì vậy, PGS.TS. Lê Mai Hương cùng nhóm nghiên cứu tại Viện hóa học các hợp chất thiên nhiên đã thực hiện đề tài: “Nghiên cứu metagenome của vi sinh vật đất vùng rễ một số cây trồng ở Việt Nam: Cây thuốc có củ (cây nghệ), cây công nghiệp (cà phê) nhằm tăng năng suất và chất lượng cây trồng” trong thời gian từ năm 2014 đến năm 2018.

Đề tài đã thu được các kết quả sau:

1. Đã xây dựng được cơ sở dữ liệu metagenome của vi sinh vật đất vùng rễ cây nghệ và cây cà phê.

2. Đã đánh giá được tính đa dạng di truyền của hệ vi sinh vật ở mức độ gen liên quan đến những thay đổi của trình trạng đất tại vùng trồng các đối tượng cây nghiên cứu.

3. Đã phát hiện được các vi sinh vật mới có hại và có lợi cho các đối tượng cây nghiên cứu. 

Đã xác định được một số loài tiềm năng có thể liên quan đến khả năng chuyển hóa dinh dưỡng nitơ trong đất vùng rễ cây nghệ, bao gồm Glomus cubense, Rhizophagus sp., Nitrospira sp., Candidatus Nitrososphaera gargensis và Candidatus Nitrosopumilus sediminis. 

Từ dữ liệu metagenome của VSV đất vùng rễ cây cà phê đã được xác định được sự có mặt của 155 loài trong đó có một số loài dự đoán có thể tham gia vào quá trình chuyển hóa tự nhiên của nhiều hợp chất trong đất, sản sinh kháng sinh như một số loài thuộc chi Streptomyces, Sphingomonas, Bacillus, và Trichoderma. Đề tài đã xác định 6 loài có thể gây bệnh trên cà phê như Mycobacterium celatum, Ralstonia solanacearum, Pseudomonas garcae, Rhizoctonia solani và Fusarium oxysporum.

4. Đã phát hiện được các gen mới mã hóa các chất liên quan đến cải tạo chất lượng đất và năng suất, với khả năng diệt vi sinh vật gây bệnh cho các đối tượng cây nghiên cứu. 

Đã tìm được và đăng ký trên GenBank 12 gen mới, trong đó có 07 gen mã hóa cho một số enzyme liên quan đến chuyển hóa N ở vùng rễ cây nghệ và 05 gen chitinase mới từ vùng rễ cây cà phê.

5. Đã biểu hiện được một số gen đặc trưng và có tiềm năng công nghệ. 

Đã biểu hiện gen mã hóa enzyme glutamine amidotransferase (GATase) (GenBank access no. MK335893) trong B. subtilis.

Đã nghiên cứu tinh sạch enzyme GATase tái tổ hợp với độ tinh sạch 78%, và xác định hoạt tính in vitro với hoạt độ 4,42 IU/ml.

Đã biểu hiện 2 gen mới mã hóa enzyme chitinase (GenBank access no. MK005149 và MK005148) trong E. coli và B. subtilis. Hai enzyme đã được nghiên cứu tinh sạch với độ tinh sạch lần lượt là 85 và 87%, có hoạt tính diệt tuyến trùng với hiệu quả khoảng 50%.

Có thể tìm đọc báo cáo kết quả nghiên cứu (mã số 16284/2019) tại Cục Thông tin Khoa học và Công nghệ Quốc gia.

N.P.D (NASATI)