BACKGROUND: Legumes can play a key role in the formation of highly productive pasture phytocenoses and have significant potential for introduction in the Arctic regions of the Russian Federation for the purpose of sustainable development of northern livestock farming. One of the key properties of legumes is the formation of a mutually beneficial nitrogen-fixing symbiosis with nodule bacteria (rhizobia), which facilitates the fixation of atmospheric nitrogen and provides plants with available nitrogen compounds, thereby increasing the productivity of phyto- and agrocenoses. Oxytropis czekanowskii Jurtz. is a rare subendemic species of perennial legume growing in Yakutia and Taimyr.
AIM: The aim of the work was to create a collection and study the rhizobial endophytes from nodules of O. czekanowskiigrowing in Norilsk (Krasnoyarsk Territory).
MATERIALS AND METHODS: Rhizobial strains were isolated from root nodules of plants by a standard technique using mannitol-yeast nutrient medium YMA after sterilization of nodules for 1 min in 96% ethanol. The taxonomic position of the isolates was studied using sequencing and phylogenetic analysis of 16S rDNA and ITS region sequences.
RESULTS: A high genetic diversity of the isolates was shown, assigned to six genera and four families of the order Hyphomicrobiales: Mesorhizobium (family Phyllobacteriaceae), Neorhizobium, Pararhizobium and Agrobacterium (family Rhizobiaceae), Bosea (family Boseaceae) and Tardiphaga (family Bradyrhizobiaceae). Based on the analysis of 16S rRNA genes and the ITS region, isolates P10/4-1 and P10/5-2 were assigned to the species Neorhizobium vignae, isolates P10/1-1 and P10/5-1 to the species Pararhizobium herbae, while isolate P10/3-1 was identified as Mesorhizobium qingshengii. At the same time, the strains Bosea sp. P10/2-3, P10/1-3 and P10/4-4, which showed a low level of similarity with the closest type strain, can potentially be attributed to a new species of microorganisms.
CONCLUSION: Thus, wild northern legumes are a unique source of valuable genetic resources of cold-resistant nodule and endophytic bacteria, promising for the creation of highly productive perennial pasture and hay cereal-legume phytocenoses in the extreme soil and climatic conditions of the Arctic.
Обоснование. Бобовые растения могут играть важнейшую роль при формировании высокопродуктивных пастбищных фитоценозов и обладают значительным потенциалом для интродукции в арктических регионах России с целью устойчивого развития северного животноводства. Одним из ключевых свойств бобовых является формирование взаимовыгодного азотфиксирующего симбиоза с клубеньковыми бактериями (ризобиями), что способствует фиксации атмосферного азота и обеспечивает растения доступными азотистыми соединениями, тем самым увеличивая продуктивность фито- и агроценозов. Остролодочник Чекановского (Oxytropis czekanowskii Jurtz.) — редкий субэндемичный вид многолетнего бобового растения, произрастающий в Якутии и на Таймыре.
Цель — создание коллекции и изучение таксономического биоразнообразия бактериальных эндофитов из порядка Hyphomicrobiales, выделенных из клубеньков дикорастущего многолетнего растения O. czekanowskii, произрастающего в Норильске (Красноярский край).
Материалы и методы. Ризобиальные штаммы были выделены из корневых клубеньков растений по стандартной методике с использованием маннито-дрожжевой питательной среды YMA после стерилизации клубеньков в течение1 мин в 96% этаноле. Таксономическое положение изолятов изучали с помощью секвенирования и филогенетического анализа последовательностей 16S рДНК и ITS-региона.
Результаты. Показано большое генетическое разнообразие изолятов, отнесенных к шести родам и четырем семействам порядка Hyphomicrobiales: Mesorhizobium (сем. Phyllobacteriaceae), Neorhizobium, Pararhizobium и Agrobacterium (сем. Rhizobiaceae), Bosea (сем. Boseaceae) и Tardiphaga (сем. Bradyrhizobiaceae). На основании анализа генов 16S рРНК и ITS-региона изоляты P10/4-1 и P10/5-2 были отнесены к виду Neorhizobium vignae, изоляты P10/1-1 и P10/5-1 —к виду Pararhizobium herbae, тогда как изолят P10/3-1 был идентифицирован как Mesorhizobium qingshengii. При этом штаммы Bosea sp. P10/2-3, P10/1-3 и P10/4-4, показавшие низкий уровень сходства с ближайшим типовым штаммом, потенциально могут быть отнесены к новому виду микроорганизмов.
Заключение. Таким образом, дикорастущие северные бобовые являются уникальным источником ценных генетических ресурсов клубеньковых и эндофитных бактерий, перспективных при создании высокопродуктивных многолетних пастбищных и сенокосных злаково-бобовых фитоценозов в экстремальных почвенно-климатических условиях Арктики.