Сравнение изменчивости и азотфиксирующей активности штаммов ризобий, выделенных из клубеньков клевера гибридного и козлятника восточного на разных стадиях вегетации растений

Обложка


Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

Начало жизненного цикла бобового растения в естественных ареалах их произрастания обычно связано со взаимодействием с клубеньковыми бактериями с целью образования азотфиксирующего симбиоза. При этом растению за короткий промежуток времени необходимо выбрать подходящих для себя микросимбионтов. Поскольку в ризосфере бобовых формируется большое разнообразие штаммов ризобий, отличающихся по своим характеристикам, сделанный макросимбионтом выбор в дальнейшем будет оказывать влияние и на его продуктивность. В данной работе были показаны особенности разнообразия микроорганизмов, формирующих клубеньки на разных этапах развития растений. Установлено, что полиморфизм клубеньковых бактерий исследованных бобовых на разных стадиях их вегетации имеет определенную закономерность. На раннем этапе развития в их клубеньках можно обнаружить наиболее генетически разнородные микроорганизмы, которые отличаются друг от друга также по показателям азотфиксации. К середине же вегетационного периода уровни азотфиксирующей активности бактерий и их полиморфизма выравниваются. Показано, что по симбиотическим генам ризобии растений из одной популяции идентичны, несмотря на имеющееся генетическое разнообразие. Скорее всего, гетерогенность исследуемых микросимбионтов связана не с полиморфными вариантами данных генов, а с их составом или же с различиями в других регионах генома, имеющих влияние на азотфиксирующую активность штаммов. Мы предполагаем, что пластичность генома ризобий дает растению-хозяину возможность более гибко настраивать свой азотфиксирующий аппарат на изменения условий произрастания.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Андрей Ханифович Баймиев

Институт биохимии и генетики — обособленное структурное подразделение Уфимского федерального исследовательского центра Российской академии наук

Email: baymiev@anrb.ru
ORCID iD: 0000-0001-6637-9365
SPIN-код: 1919-5236

д-р биол. наук, вед. научн. сотр. лаборатории биоинженерии растений и микроорганизмов

Россия, Уфа

Игорь Сергеевич Коряков

Институт биохимии и генетики — обособленное структурное подразделение Уфимского федерального исследовательского центра Российской академии наук

Автор, ответственный за переписку.
Email: koryakov_igor@mail.ru
SPIN-код: 5586-7123

аспирант лаборатории биоинженерии растений и микроорганизмов

Россия, Уфа

Екатерина Сергеевна Акимова

Институт биохимии и генетики — обособленное структурное подразделение Уфимского федерального исследовательского центра Российской академии наук

Email: iv.katerina-bio@yandex.ru
SPIN-код: 6595-2452

канд. биол. наук, научн. сотр. лаборатории биоинженерии растений и микроорганизмов

Россия, Уфа

Анастасия Андреевна Владимирова

Институт биохимии и генетики — обособленное структурное подразделение Уфимского федерального исследовательского центра Российской академии наук

Email: vladimirovaw@bk.ru
SPIN-код: 2059-9396

канд. биол. наук, научн. сотр. лаборатории биоинженерии растений и микроорганизмов

Россия, Уфа

Рустам Тахирович Матниязов

Институт биохимии и генетики — обособленное структурное подразделение Уфимского федерального исследовательского центра Российской академии наук

Email: rmat@mail.ru
SPIN-код: 6798-7913

канд. биол. наук, научн. сотр. лаборатории биоинженерии растений и микроорганизмов

Россия, Уфа

Алексей Ханифович Баймиев

Институт биохимии и генетики — обособленное структурное подразделение Уфимского федерального исследовательского центра Российской академии наук

Email: baymiev@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-0606-6740
SPIN-код: 3771-4063

д-р биол. наук, заведующий лабораторией биоинженерии растений и микроорганизмов

Россия, Уфа

Список литературы

  1. Spoerke J.A., Wilkinson H.H., Parker M.A. Nonrandom genotypic associations in a legumе — Bradyrhizobium mutualism // Evolution. 1996. Vol. 50, No. 1. P. 146–154. doi: 10.1111/j.1558-5646.1996.tb04481.x
  2. Paffetti D., Daguin F., Fancelli S., et al. Influence of plant genotype on the selection of nodulating Sinorhizobium meliloti strains by Medicago sativa // Antonie van Leeuwenhoek. 1998. Vol. 73. P. 3–8. doi: 10.1023/a:1000591719287
  3. Carelli М., Gnocchi S., Fancelli S., et al. Genetic diversity and dynamics of Sinorhizobium meliloti populations nodulating different alfalfa cultivars in Italian soils // Appl Environ Microbiol. 2000. Vol. 66, No. 11. P. 4785–4789. doi: 10.1128/AEM.66.11.4785-4789.2000
  4. Andronov E.E., Terefework Z., Roumiantseva M.L., et al. Symbiotic and genetic diversity of Rhizobium galegae isolates collected from the Galegaorientalis gene center in the Caucasus // Appl Environ Microbiol. 2003. Vol. 69, No. 2. P. 1067–1074. doi: 10.1128/AEM.69.2.1067-1074.2003
  5. Ling J., Wang H., Wu P., et al. Plant nodulation inducers enhance horizontal gene transfer of Azorhizobiumcaulinodans symbiosis island // PNAS. 2016. Vol. 113, No. 48. P. 13875–13880. doi: 10.1073/pnas.16151211
  6. Вавилов П.П., Хайг Х.А. Возделывание и использование козлятника восточного. Ленинград: Колос, 1982. 72 с.
  7. Надежкин С.Н., Кузнецов И.Ю. Козлятник восточный на корм и семена. Уфа: БГАУ, 2008. 143 с.
  8. Romero D., Martinez-Salazar J., Girard L., et al. Discretea mplifiable regions (amplicons) in the symbiotic plasmid of Rhizobiumetli CFN42 // J Bacteriol. 1995. Vol. 177, No. 4. P. 973–980. doi: 10.1128/jb.177.4.973-980.1995
  9. Баймиев Ан.Х., Птицын К.Г., Баймиев Ал.Х. Влияние интродукции караганы древовидной на состав ее клубеньковых бактерий // Микробиология. 2010. Т. 79, № 1. С. 123–128. doi: 10.1134/S0026261710010157
  10. Williams J.G., Kubelik A.R., Livak K.J., et al. DNA polymorphisms amplified by arbitrary primers are useful as genetic markers // Nucleic Acids Res. 1990. Vol. 18, No. 22. P. 6531–6535. doi: 10.1093/nar/18.22.6531
  11. Laguerre G., Mavingui P., Allard M.R., et al. Typing of rhizobia by PCR DNA fingerprinting and PCR-restriction fragment length polymorphism analysis of chromosomal and symbiotic gene regions: application to Rhizobium leguminosarum and its different biovars // J Appl Environ Microbiol. 1996. Vol. 62, No. 6. P. 2029–2036. doi: 10.1128/aem.62.6.2029-2036.1996
  12. Weisburg W.G., Barns S.M., Pelletier D.A., Lane D.J. 16S ribosomal DNA amplification for phylogenetic study // J Bacteriol. 1991. Vol. 173, No. 2. P. 697–703. doi: 10.1128/jb.173.2.697-703.1991
  13. Баймиев Ан.Х., Иванова Е.С., Гуменко Р.С., и др. Анализ симбиотических генов клубеньковых бактерий бобовых растений Южного Урала // Генетика. 2015. Т. 51, № 12. С. 1359–1367. doi: 10.1134/S1022795415110034
  14. Умаров М.М. Ассоциативная азотфиксация. Москва: Издательство МГУ, 1989. 136 с.
  15. Śliwka J., Sobkowiak S., Lebecka R., et al. Mating type, virulence, aggressiveness and metalaxyl resistance of isolates of Phytophthora infestans in Poland // Potato Res. 2006. Vol. 49. P. 155–166. doi: 10.1007/s11540-006-9013-2
  16. Osterman J., Chizhevskaja E.P., Andronov E.E., et al. Galegaorientalis is more diverse than Galega officinalis in Caucasus-whole-genome AFLP analysis and phylogenetics of symbiosis-related genes // Mol Ecol. 2011. Vol. 20, No. 22. P. 4808–4821. doi: 10.1111/j.1365-294X.2011.05291.x
  17. Denison R.F. Legume sanctions and the evolution of symbiotic cooperation by rhizobia // American Naturalist. 2000. Vol. 156, No. 6. P. 567–576. doi: 10.1086/316994
  18. Kiers T.E., Rousseau R.A., West S.A., Denison R.F. Host sanctions and the legume-rhizobium mutualism // Nature. 2003. Vol. 425. P. 78–81. doi: 10.1038/nature01931

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
2. Рис. 1. Клубеньки на корнях козлятника восточного на разных стадиях развития: a — сформированные в весенний период; b — в середине вегетации; c — образованные поздней осенью (в отличие от ранних периодов клубеньки часто не имеют красного окраса на срезе); d — корень с разрушенными клубеньками, полученный ранней весной до начала образования клубеньков

Скачать (767KB)
3. Рис. 2. Изменение гетерогенности штаммов клубеньковых бактерий в зависимости от стадии вегетации растения-хозяина

Скачать (129KB)
4. Рис. 3. Филогенетические деревья клубеньковых бактерий, построенные на основании сравнительного анализа последовательностей генов 16S рРНК (a) и recA (b). Полужирным шрифтом отмечены штаммы микроорганизмов, исследованные в данной работе

Скачать (470KB)
5. Рис. 4. Филогенетические деревья клубеньковых бактерий, построенные на основании сравнительного анализа последовательностей генов nodC (a) и nifH (b). Полужирным шрифтом отмечены штаммы микроорганизмов, исследованные в данной работе

Скачать (463KB)
6. Рис. 5. Уровень азотфиксирующей активности штаммов ризобий, полученных из клубеньков, собранных на разных стадиях вегетации растений. Визуализация вариаций методом Тьюки «коробка с усами». Показаны значения в пересчете на одно инокулированное растение

Скачать (123KB)

© Эко-Вектор, 2023



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.


Данный сайт использует cookie-файлы

Продолжая использовать наш сайт, вы даете согласие на обработку файлов cookie, которые обеспечивают правильную работу сайта.

О куки-файлах