Генетическое разнообразие ризобиальных эндофитов из клубеньков остролодочника Чекановского (Oxytropis czekanowskii Jurtz.), произрастающего в Норильске

Обложка


Цитировать

Полный текст

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

Аннотация

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.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Эдгар Артурович Сексте

Всероссийский научно-исследовательский институт сельскохозяйственной микробиологии

Email: sekste_edgar@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-9753-8303
SPIN-код: 3761-0525

кандидат биологических наук

Россия, 196608, Санкт-Петербург, Пушкин-8, ш. Подбельского, д. 3

Анна Львовна Сазанова

Всероссийский научно-исследовательский институт сельскохозяйственной микробиологии

Автор, ответственный за переписку.
Email: anna_sazanova@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-4808-320X

кандидат биологических наук

Россия, 196608, Санкт-Петербург, Пушкин-8, ш. Подбельского, д. 3

Ирина Геннадьевна Кузнецова

Всероссийский научно-исследовательский институт сельскохозяйственной микробиологии

Email: ig.kuznetsova@arriam.ru
ORCID iD: 0000-0003-0260-7677
SPIN-код: 8243-4870

кандидат биологических наук

Россия, 196608, Санкт-Петербург, Пушкин-8, ш. Подбельского, д. 3

Полина Витальевна Гуро

Всероссийский научно-исследовательский институт сельскохозяйственной микробиологии

Email: guro.pv@arriam.ru
ORCID iD: 0000-0001-5754-6926
SPIN-код: 3927-5889
Россия, 196608, Санкт-Петербург, Пушкин-8, ш. Подбельского, д. 3

Нина Юрьевна Тихомирова

Всероссийский научно-исследовательский институт сельскохозяйственной микробиологии

Email: ny.tikhomirova@arriam.ru
ORCID iD: 0000-0001-8530-6698
Россия, 196608, Санкт-Петербург, Пушкин-8, ш. Подбельского, д. 3

Игорь Николаевич Поспелов

Институт проблем экологии и эволюции им. А.Н. Северцова Российской академии наук

Email: pleuropogon@gmail.com
ORCID iD: 0000-0001-9564-5589
SPIN-код: 7455-4750
Россия, Москва

Ирина Александровна Алехина

Арктический и антарктический научно-исследовательский институт

Email: alekhina@aari.ru
ORCID iD: 0000-0001-9820-8675
SPIN-код: 5000-0501

кандидат биологических наук

Россия, Санкт-Петербург

Андрей Алексеевич Белимов

Всероссийский научно-исследовательский институт сельскохозяйственной микробиологии

Email: belimov@rambler.ru
ORCID iD: 0000-0002-9936-8678
SPIN-код: 5630-5537

доктор биологических наук

Россия, 196608, Санкт-Петербург, Пушкин-8, ш. Подбельского, д. 3

Вера Игоревна Сафронова

Всероссийский научно-исследовательский институт сельскохозяйственной микробиологии

Email: vi.safronova@arriam.ru
ORCID iD: 0000-0003-4510-1772

кандидат биологических наук

Россия, 196608, Санкт-Петербург, Пушкин-8, ш. Подбельского, д. 3

Денис Сергеевич Карлов

Всероссийский научно-исследовательский институт сельскохозяйственной микробиологии

Email: ds.karlov@arriam.ru
ORCID iD: 0000-0002-9030-8820
SPIN-код: 8355-8091
ResearcherId: E-2552-2014

кандидат биологических наук

Россия, 196608, Санкт-Петербург, Пушкин-8, ш. Подбельского, д. 3

Список литературы

  1. Tikhonovich IA, Provorov NA. Symbioses plants and microorganisms: molecular genetics of the future agricultural systems. Saint Petersburg: SPU Press; 2009. ISBN: 978-5-288-04883-8 EDN: QKSPJB(In Russ.)
  2. Malyshev LI. Diversity of the genus Oxytropis in Asian Russia. Turczaninowia. 2008;11(3):5–141. EDN: JVHFQV
  3. Yurtsev BA. Oxytropis. Arctic flora of the USSR. 1986;9(2):61–146.(In Russ.)
  4. Pospelova EB, Pospelov IN. Vascular flora of Taimyr Peninsula and neighboring territories. Part 1. The annotated list of flora and its general analysis. Moscow: KMK Scientific Press Ltd; 2007. ISBN: 978-5-87317-424-9 EDN: QKQQUB (In Russ.)
  5. Larin IV, editor. Forage plants of hayfields and pastures of the USSR. Vol. 2. Dicotyledons (Chlorantaceae – Legumes). Leningrad: Selkhozgiz; 1951. 948 p. (In Russ.)
  6. Rosenfeld SB. Nutrition of brant geese and geese in the Russian Arctic. Moscow: KMK Scientific Press Ltd; 2009. ISBN: 978-5-87317-592-5EDN: QLAOTJ (In Russ.)
  7. Rosenfeld SB, Gruzdev AR, Sipko TP, Tikhonov AN. Trophic relationships of musk ox (Ovibos moschatus) and reindeer (Rangifer tarandus) on Wrangel island. Russian Journal of Zoology. 2012;91(4):503–512.EDN: OWXFOV
  8. Khantimer IS. Agricultural development of tundra regions. Tolmatchev AI, Brattsev LA, editors. Leningrad: Nauka; 1974. 226 p.(In Russ.)
  9. Sevastyanov DV, Isachenko TE, Guk EN. Norilsk region: from the peculiarities of nature to the practice of development. Vestnik of St. Petersburg University. Earth Sciences. 2014;(3):82–84. EDN: SJIUQN
  10. Savchenko VA, Novitsky MA. Modern climate of Norilsk. Moscow: GART; 2003. 168 p. (In Russ.)
  11. Laguerre G, van Berkum P, Amarger N, Prevost D. Genetic diversity of rhizobial symbionts isolated from legume species within the genera Astragalus, Oxytropis, and Onobrychis. Appl Environ Microbiol. 1997;63(12): 4748–4758. doi: 10.1128/AEM.63.12.4748-4758.1997EDN: YAWZMF
  12. Ampomah OY, Mousavi SA, Lindstrom K, Huss-Danell K. Diverse Mesorhizobium bacteria nodulate native Astragalus and Oxytropis in arctic and subarctic areas in Eurasia. Syst Appl microbiol. 2017;40(1):51–58.doi: 10.1016/j.syapm.2016.11.004
  13. Safronova VI, Guro PV, Sazanova AL, et al. Rhizobial microsymbionts of Kamchatka Oxytropis species possess genes of the Type III and VI secretion systems, which can affect the development of symbiosis. MPMI. 2020;33(10):1232–1241. doi: 10.1094/MPMI-05-20-0114-REDN: FXKRCZ
  14. Andrews M, Andrews ME. Specificity in Legume-Rhizobia symbioses.Int J Mol Sci. 2017;18(4):705. doi: 10.3390/ijms18040705
  15. Novikova N, Safronova V. Transconjugants of Agrobacterium radiobacter harbouring sym genes of Rhizobium galegae can form an effective symbiosis with Medicago sativa. FEMS Microbiol Lett. 1992;93(3):261–268. doi: 10.1111/j.1574-6968.1992.tb05107.x
  16. Weisburg WG, Barns SM, Pelletier DA, Lane DJ. 16S ribosomal DNA amplification for phylogenetic study. J Bacteriol. 1991;173(2):697–703.doi: 10.1128/jb.173.2.697-703.1991
  17. Normand P, Ponsonnet C, Nesme X, et al. ITS analysis of prokaryotes. In: Akkermans ADL, van Elsas JD, de Bruijn FJ, editors. Molecular microbial ecology manual. Dordrecht, Netherlands: Kluwer Academic Publishers; 1996. doi: 10.1007/978-94-009-0215-2
  18. Tamura K, Peterson D, Peterson N, et al. MEGA5: molecular evolutionary genetics analysis using maximum likelihood, evolutionary distance, and maximum parsimony methods. Mol Biol Evol. 2011;28(10):2731–2739.doi: 10.1093/molbev/msr121
  19. Ren DW, Chen WF, Sui XH, et al. Rhizobium vignae sp. nov., a symbiotic bacterium isolated from multiple legume species. Int J Syst Evol Microbiol. 2011;61(3):580–586. doi: 10.1099/ijs.0.023143-0
  20. Liu Y, Yi Z, Zeng R. Draft Genome Sequence of a Symbiotic Bacterium, Rhizobium vignae CCBAU05176T. Genome Announc. 2014;2(4):e00657–14. doi: 10.1128/genomeA.00657-14
  21. Ren DW, Wang ET, Chen WF, et al. Rhizobium herbae sp. nov. and Rhizobium giardinii-related bacteria, minor microsymbionts of various wild legumes in China. Int J Syst Evol Microbiol. 2011;61(8):1912–1920.doi: 10.1099/ijs.0.024943-0
  22. Mousavi SA, Österman J, Wahlberg N, et al. Phylogeny of the Rhizobium-Allorhizobium-Agrobacterium clade supports the delineation of Neorhizobium gen. nov. Syst Appl Microbiol. 2014;37(3):208–215.doi: 10.1016/j.syapm.2013.12.007
  23. Mousavi SA, Willems A, Nesme X, et al. Revised phylogeny of Rhizobiaceae: proposal of the delineation of Pararhizobium gen. nov., and 13 new species combinations. Syst Appl Microbiol. 2015;38(2):84–90.doi: 10.1016/j.syapm.2014.12.003
  24. Sui XH, Han LL, Wang ET, et al. Novel associations between rhizobial populations and legume species within the genera Lathyrus and Oxytropis grown in the temperate region of China. Sci China C Life Sci. 2009;52(2):182–192.doi: 10.1007/s11427-008-0132-7
  25. Zheng WT, Li Y, Wang R, et al. Mesorhizobium qingshengii sp. nov., isolated from effective nodules of Astragalus sinicus. Int J Syst Evol Microbiol. 2013;63(Pt6):2002–2007. doi: 10.1099/ijs.0.044362-0
  26. El Idrissi MM, Kaddouri K, Bouhnik O, et al. Chapter 6 — Conventional and unconventional symbiotic nitrogen fixing bacteria associated with legumes. In: Dharumadurai D, editor. Developments in Applied Microbiology and Biotechnology, Microbial Symbionts. Academic Press; 2023. P. 75–109. doi: 10.1016/B978-0-323-99334-0.00038-4
  27. Pulido-Suárez L, Flores-Félix JD, Socas-Pérez N, et al. Endophytic Bosea spartocytisi sp. nov. Coexists with rhizobia in root nodules of Spartocytisus supranubius growing in soils of Teide National Park (Canary Islands). Syst Appl Microbiol. 2022:45(6):126374. doi: 10.1016/j.syapm.2022.126374EDN: OWFDTN
  28. De Meyer SE, De Beuf K, Vekeman B, Willems A. A large diversity of non-rhizobial endophytes found in legume root nodules in Flanders (Belgium). Soil Biol Biochem. 2015;83:1–11. doi: 10.1016/j.soilbio.2015.01.002 EDN: USLTCJ
  29. Safronova VI, Kuznetsova IG, Sazanova AL, et al. Extra slow-growing Tardiphaga strains isolated from nodules of Vavilovia Formosa (Stev.) Fed. Arch Microbiol. 2015;197(7):889–898. doi: 10.1007/s00203-015-1122-3EDN: UOJHBN
  30. Sazanova AL, Safronova VI, Kuznetsova IG, et al. Bosea caraganae sp. nov., a new species of slow-growing bacteria isolated from root nodules of the relict species Caragana jubata (Pall.) Poir. originating from Mongolia. Int J Syst Evol Microbiol. 2019;69(9):2687–2695. doi: 10.1099/ijsem.0.003509 EDN: GDNBAD

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Остролодочник Чекановского (Oxytropis czekanowskii Jurtz.). Норильск (Красноярский край, Российская Федерация).

Скачать (271KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Филогенетическое дерево, построенное на основании нуклеотидных последовательностей генов 16S рРНК изолятов, выделенных из клубеньков O. сzekanowskii, а также представителей родственных видов Neorhizobium, Pararhizobium, Rhizobium и Ensifer. Полученные изоляты обозначены полужирным шрифтом. Типовые штаммы отмечены литерой Т. Кластеры I и II сформированы с участием изолятов, полученных в работе. Указаны уровни поддержки более 50%.

Скачать (374KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Филогенетическое дерево, построенное на основании нуклеотидных последовательностей ITS-региона изолятов, выделенных из клубеньков O. сzekanowskii, а также представителей родственных видов Neorhizobium, Pararhizobium, Rhizobium и Ensifer. Полученные изоляты обозначены полужирным шрифтом. Типовые штаммы отмечены литерой Т. Кластеры I и II сформированы с участием изолятов, полученных в работе. Указаны уровни поддержки более 50%.

Скачать (317KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Филогенетическое дерево, построенное на основании нуклеотидных последовательностей генов 16S рРНК изолятов, выделенных из клубеньков O. сzekanowskii, а также представителей родственных видов Mesorhizobium. Полученный изолят обозначен полужирным шрифтом. Типовые штаммы отмечены литерой Т. Указаны уровни поддержки более 50%.

Скачать (367KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Филогенетическое дерево, построенное на основании нуклеотидных последовательностей генов ITS-региона изолятов, выделенных из клубеньков O. сzekanowskii, а также представителей родственных видов Mesorhizobium. Полученный изолят обозначен полужирным шрифтом. Типовые штаммы отмечены литерой Т. Указаны уровни поддержки более 50%.

Скачать (441KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Филогенетическое дерево, построенное на основании нуклеотидных последовательностей генов 16S рРНК изолятов, выделенных из клубеньков O. сzekanowskii, а также представителей родственных видов Bosea. Полученные изоляты обозначены полжирным шрифтом. Типовые штаммы отмечены литерой Т. Кластеры I–IV сформированы с участием изолятов, полученных в работе. Указаны уровни поддержки более 50%.

Скачать (334KB)
Метаданные

© Эко-Вектор, 2025


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 - 89324 от 21.04.2025.