Epigenetics of ecological niches



Cite item

Full Text

Abstract

The development of symbioses ensures formation of the super-organism systems for heredity (symbiogenomes) which represent the products of joint adaptations of partners towards an unfavorable environment. Using the examples of symbioses which enable plants and microorganisms to cooperatively overcome the limitations in the major biogenic elements (C, N, P) or impacts of the biotic and abiotic stresses we demonstrate that symbiosis involves not only the de novo formation (epigenesis) by plant of the ecological niches for hosting the microsymbionts, but also the reorganizations of relevant genetic systems in accordance to the partners’ genotypes and environmental conditions. A possibility to address the ongoing processes in terms of epigenetics is evident when the microsymbionts occurring in the novel niches are included into the host reproduction cycle ensuring a stable maintenance of novel adaptation in the next generations suggesting that the newly formed symbiogenome have acquired the properties of a system for inheritance of the newly acquired adaptive traits.

About the authors

Igor A Tikhonovich

All-Russia Research Institute for Agricultural Microbiology, Saint-Petersburg, RF

Email: arriam@arriam.spb.ru. contact@arriam.spb.ru Podbelskiy Ch., 3, Saint-Petersburg, Pushkin-8

Nikolay A Provorov

All-Russia Research Institute for Agricultural Microbiology, Saint-Petersburg, RF

Email: provorov@newmail.ru

References

  1. Вольф К. Ф., 1950. Теория зарождения / под ред. Е. Н. Пав- ловского и А. Е. Гайсиновича. Москва: Изд-во АН СССР, «Классики науки». С. 9-211.
  2. Драгавцев В. А., 2004. О «пропастях» между генетикой и селекцией и путях их преодоления // Вестн. Саратовского госагроуниверситета им. Н. И. Вавилова. № 1. С. 10-15.
  3. Инге-Вечтомов С. Г., 2003. Матричный принцип в биоло- гии (прошлое, настоящее, будущее) // Эколог. генет. Т. 1. С. 6-15.
  4. Корочкин Л. И., 2006. Что такое эпигенетика? // Генетика. Т. 42. № 9. С. 1156-1164.
  5. Кравченко Л. В., Азарова Т. С., Макарова Н. М., Тихоно- вич И. А., 2004. Роль триптофана в корневых экзометабо- литах для фитостимулирующей активности ризобактерий // Микробиология. Т. 73. № 2. С. 195-198.
  6. Суслов В. В., Колчанов Н. А., 2009. Дарвиновская эволюция и регуляторные генетические системы // Информационный Вестник ВОГиС. Т. 13. № 2. С. 410-439.
  7. Тихонович И. А., Борисов А. Ю., Цыганов В. Е. и др., 2005. Интеграция генетических систем растений и микроорганизмов при симбиозе // Усп. соврем. биол. Т. 125. № 3. С. 227-238.
  8. Тихонович И. А., Проворов Н. А., 2009. Симбиозы растений и микроорганизмов: молекулярная генетика агросистем будущего. Санкт-Петербург: Изд-во СПбГУ, 210 с.
  9. Чадов Б. Ф., 2006. Новый этап в развитии генетики и тер- мин «эпигенетика» // Генетика. Т. 42. № 9. С. 1261-1275.
  10. Чураев Р. Н., 2006. Эпигенетика: генные и эпигенные сети в онто- и филогенезе // Генетика. Т. 42. № 9. С. 1276-1296.
  11. Borisov A. Y., Madsen L. H., Tsyganov V. E. et al., 2003. The Sym35 gene required for root nodule development in pea is an ortholog of Nin from Lotus japonicus // Plant Physiol. Vol. 131. P. 1009-1017.
  12. Brewin N. J., 2004. Plant cell wall remodeling in the Rhizobium- legume symbiosis // Crit. Rev. Plant Sci. Vol. 23. P. 1-24. 13. de Bruijn F., Chen R., Fujimoto S. Y. et al., 1994. Regulation of nodulin gene expression // Plant and Soil. Vol. 161. P. 59-68.
  13. Ferguson B. J., Indrasumunar A., Hayashi S. et al., 2010. Molecular analysis of legume nodule development and autoregulation // J. Integrat. Plant Biol. Vol. 52. P. 61-76.
  14. Genre A., Bonfante P., 2005. Building a mycorrizal cell: how to reach compatibility between plants and arbuscular mycorrizal fungi // J. Plant Interact. Vol. 1. P. 3-13.
  15. Küster H., Vieweg M. F., Manthey K. et al., 2007. Identification and expression regulation of symbiotically activated legume genes // Phytochemistry. Vol. 68. P. 8-18.
  16. Lugtenberg B. J. J., Bloemberg G. V., Bolwerk A. et al., 2004. Microbial control of tomato foot and root rot // Biology of Plant- Microbe Interactions / Eds. I. A. Tikhonovich et al. St.-Petersburg: Biont. Vol. 4. P. 305-309.
  17. Moran N. A., 2002. Genome evolution in symbiotic bacteria // ASM News. Vol. 68. P. 499-505.
  18. Murray J. D., Karas B. J., Sato S. et al., 2007. A cytokinin perception mutant colonized by Rhizobium in the absence of nodule organogenesis // Science. Vol. 315. P. 101-104.
  19. Provorov N. A., Borisov A. Y., Tikhonovich I. A., 2002. Developmental genetics and evolution of symbiotic structures in nitrogen- fixing nodules and arbuscular mycorrhizal symbiosis //
  20. J. Theor. Biol. Vol. 214. N 2. P. 215-232.
  21. Rosenblueth M., Martinez-Romero E., 2006. Bacterial endophytes and their interactions with hosts // Molec. Plant-Microbe Interact. Vol. 19. P. 827-837.
  22. Sanchez L., Weidmann S., Arnould C. et al., 2005. Pseudomonas fluorescens and Glomus mosseae trigger DMI3-dependent activation of genes related to a signal transduction pathway in roots of Medicago truncatula // Plant Physiol. Vol. 139. P. 1065-1077.
  23. Schardl C. L., Leuchtmann A., Spiering M. J., 2004. Symbioses of grasses with seedborne fungal endophytes // Annu. Rev. Plant Biol. Vol. 55. P. 315-340.
  24. Shtark O. Y., Borisov A. Y., Zhukov V. A. et al., 2010. Intimate associations of beneficial soil microbes with the host plants // Soil Microbiology and Sustainable Crop Production /
  25. Eds. G. R. Dixon, E. L. Tilston. Springer Science + Business Media B. V., Dordrecht: The Netherlands. P. 119-196.
  26. Tikhonovich I. A., Provorov N. A., 2009. From plant-microbe interactions to symbiogenetics: a universal paradigm for the interspecies genetic integration // Ann. Appl. Biol. Vol. 154. P. 341-350.
  27. Tirichine L., Imaizumi-Anraku H., Yoshida S. et al., 2006. Deregulation of a Ca2+/calmodulin-dependent kinase leads to spontaneous nodule development // Nature. Vol. 441. P. 1153-1156.
  28. Tsyganov V. E., Voroshilova V. A., Priefer U. B. et al., 2002. Genetic dissection of the initiation of the infection process and nodule tissue development in the Rhizobium-pea (Pisum sativum L. ) symbiosis // Annals of Botany. Vol. 89. P. 357-366.
  29. Tudzynski P., Scheffer J., 2004. Claviceps purpurea: molecular aspects of a unique pathogenic lifestyle // Molec. Plant Pathol. Vol. 5. P. 377-388.
  30. Voroshilova V. A., Demchenko K. N., Borisov A. Y. et al., 2009. Functioning of Pisum sativum genes Sym33, Sym40 and Sym41 with respect to coordinated infection thread and meristem development in symbiotic root nodules // New Phytol. Vol. 181. P. 913-923.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2010 Tikhonovich I.A., Provorov N.A.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
СМИ зарегистрировано Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор).
Регистрационный номер и дата принятия решения о регистрации СМИ: серия ПИ № ФС 77 - 65617 от 04.05.2016.


This website uses cookies

You consent to our cookies if you continue to use our website.

About Cookies