Эволюционно-генетические основы симбиотической инженерии растений: мини-обзор

Эволюционно-генетические основы симбиотической инженерии растений: мини-обзор

Автор: Проворов Н.А., Онищук О.П.

Журнал: Сельскохозяйственная биология @agrobiology

Рубрика: Обзоры, проблемы

Статья в выпуске: 3 т.53, 2018 года.

Бесплатный доступ

Микробно-растительные симбиозы играют огромную роль в развитии и эволюции растений, обеспечивая их минеральное (азотное, фосфорное) питание, устойчивость к патогенным микроорганизмам и животным-фитофагам, а также регуляцию развития в стрессовых условиях (R.J.Rodriguez с соавт., 2009). Конструирование высокоэффективных симбиозов должно базироваться на знании механизмов коэволюции микроорганизмов и растений в природных экосистемах и агроценозах. На примере азотфиксирующего бобово-ризобиального симбиоза мы показали, что основные этапы коэволюции могут быть воспроизведены с использованием подходов симбиотической инженерии.Она направлена наоптимизацию процессов переноса между партнерами соединений азота и углерода, связанного с образованием объединенных путей обмена веществ и энергии; ослабление конкуренции партнеров за трофические и энергетические ресурсы окружающей среды; вступление партнеров в отношения альтруизма, основанные на отказе микросимбионтов от автономного существования, например образование ризобиями неспособных к размножению бактероидов...

Еще

Микробно-растительные взаимодействия, биологическая n2-фиксация, клубеньковые бактерии, генетическое конструирование, симбиотическая инженерия, клеточные органеллы, симбиотрофное питание растений, экологически устойчивое растениеводство

Короткий адрес: https://sciup.org/142216549

IDR: 142216549   |   DOI: 10.15389/agrobiology.2018.3.464rus

Список литературы Эволюционно-генетические основы симбиотической инженерии растений: мини-обзор

  • Проворов Н.А., Тихонович И.А. Генетические основы эволюции бактерий -симбионтов растений. СПб, 2016.
  • Проворов Н.А., Штарк О.Ю., Долгих Е.А. Эволюция азотфиксирующих симбиозов, основанная на миграции бактерий из микоризных грибов и почвы в ткани растений. Журнал общей биологии, 2016, 77: 329-345.
  • Barrow J.R., Lucero M.E., Reyes-Vera I., Havstad K.M. Do symbiotic microbes have a role in plant evolution, performance and response to stress? Communicative & Integrative Biology, 2008, 1: 69-73.
  • Rodriguez R., Redman R. More than 400 million years of evolution and some plants still can't make it on their own: plant stress tolerance via fungal symbiosis. J. Exp. Bot., 2008, 59: 1109-1114 ( ) DOI: 10.1093/jxb/erm342
  • Доросинский Л.М. Клубеньковые бактерии и нитрагин. Л., 1970.
  • Тихонович И.А., Круглов Ю.В. Биопрепараты в сельском хозяйстве. М., 2005.
  • Terpolilli J.J., Hood G.A., Poole P.S.What determines the efficiency of N2-fixing Rhizobium-legume symbioses? Adv. Microb. Physiol., 2012, 60: 325-389 ( ) DOI: 10.1016/B978-0-12-398264-3.00005-X
  • Friesen M.L. Widespread fitness alignment in the legume-rhizobium symbiosis. New Phytol., 2012, 194: 1096-1111 ( ) DOI: 10.1111/j.1469-8137.2012.04099.x
  • Heath K.D. Intergenomic epistasis and coEvolutionary constraint in plants and rhizobia. Evolution, 2010, 64: 1446-1458 ( ) DOI: 10.1111/j.1558-5646.2009.00913.x
  • Heath K.D., Burke P.V., Stinchcombe J.R. Coevolutionary genetic variation in the legume-rhizobium transcriptome. Mol. Ecol., 2012, 21: 4735-4747 ( ) DOI: 10.1111/j.1365-294X.2012.05629.x
  • Provorov N.A., Vorobyov N.I. Simulation of evolution implemented in the mutualistic symbioses towards enhancing their ecological efficiency, functional integrity and genotypic specificity. Theor. Popul. Biol., 2010, 78: 259-269 ( ) DOI: 10.1016/j.tpb.2010.08.005
  • Law R., Dieckmann U. Symbiosis through exploitation and the merger of lineages in evolution. P. Roy. Soc. B-Biol. Sci., 1998, 265: 1245-1253( ) DOI: 10.1098/rspb.1998.0426
  • Проворов Н.А., Долгих Е.А. Метаболическая интеграция организмов в системах симбиоза. Журнал общей биологии, 2006, 67: 403-422.
  • Okazaki S., Sugawara M., Yuhashi K.I., Minamisawa K. Rhizobitoxine-induced chlorosis occurs in coincidence with methionine deficiency in soybeans. Annals of Botany, 2007, 100: 55-59 ( ) DOI: 10.1093/aob/mcm087
  • Yang Y., Zhao J., Morgan R.L., Ma W., Jiang T. Computational prediction of type III secreted proteins from gram-negative bacteria. BMCBioinformatics, 2010, 11(Suppl. 1): S47 ( ) DOI: 10.1186/1471-2105-11-S1-S47
  • Проворов Н.А., Воробьев Н.И. Эволюция полезных для растений признаков у азотфиксирующих бактерий: моделирование и конструирование систем межвидового альтруизма. Прикладная биохимия и микробиология, 2015, 51: 363-370 ( ) DOI: 10.7868/S0555109915040145
  • Онищук О.П., Воробьев Н.И., Проворов Н.А.Нодуляционная конкурентоспособность клубеньковых бактерий: генетический контроль и адаптивное значение (обзор). Прикладная биохимия и микробиология, 2017, 53: 127-135 ( ) DOI: 10.7868/S0555109917020131
  • VandeVeldeW., Zehirov G., Szatmari A., Debreczeny M., Ishihara H., Kevei Z., Farkas A., Mikulass K., Tiricz H., Satiat-Jeunemaître B., Alunni B.,Bourge M.,Kucho K.,Abe M.,Ker-eszt A.,Maroti G.,Uchiumi T.,Kondorosi E.Mergaert P. Plant peptides govern terminal differentiation of bacteria in symbiosis. Science, 2010, 327: 1122-1126 ( ) DOI: 10.1126/science.1184057
  • Онищук О.П., Воробьев Н.И., Проворов Н.А., Симаров Б.В. Симбиотическая активность ризобий люцерны (Sinorhizobiummeliloti) с генетическими модификациями системы транспорта дикарбоновых кислот. Экологическая генетика, 2009, 7: 3-10 ( ) DOI: 10.1134/S2079059711020067
  • Проворов Н.А., Онищук О.П., Курчак О.Н. Габитус и продуктивность люцерны (MedicagosativaL.) в зависимости от инокуляции штаммами Sinorhizobiummeliloti, различающимися по солеустойчивости. Сельскохозяйственная биология, 2016, 51: 343-350 ( ) DOI: 10.15389/agrobiology.2016.3.343rus
  • Проворов Н.А., Воробьев Н.И. Генетические основы эволюции растительно-микробного симбиоза/Под ред. И.А. Тихоновича. СПб, 2012.
  • Проворов Н.А., Андронов Е.Е. Эволюция клубеньковых бактерий: реконструкция процессов видообразования, обусловленных перестройками генома в системе симбиоза. Микробиология, 2016, 2: 195-206 ( ) DOI: 10.7868/S0026365616020166
  • Maroti G., Downie J.A., Kondorosi E. Plant cystein-rich peptides that inhibit pathogen growth and control rhizobial differentiation in legume nodules. Curr. Opin. Plant Biol., 2015,26: 57-63 ( ) DOI: 10.1016/j.pbi.2015.05.031
  • Denison R.F., Kiers E.T. Why are most rhizobia beneficial to their plant hosts, rather than parasitic?Microbes Infect., 2004, 6: 1235-1239 ( ) DOI: 10.1016/j.micinf.2004.08.005
  • Проворов Н.А., Онищук О.П., Юргель С.Н., Курчак О.Н., Чижевская Е.П., Воробьев Н.И.,Затовская Т.В., Симаров Б.В. Конструирование высокоэффективных симбиотических штаммов бактерий: эволюционные модели и генетические подходы. Генетика, 2014, 50: 1273-1285 ( ) DOI: 10.7868/S0016675814110113
  • Sachs J.L., Russell J.E., Hollowell A.C. Evolutionary instability of symbiotic function in Bradyrhizobiumjaponicum. PLoS ONE, 2011, 6: e26370 ( ) DOI: 10.1371/journal.pone.0026370
  • Ausubel F.M. Twists and turns: my carrier path and concerns about the future. Genetics, 2014, 198: 431-434 ( ) DOI: 10.1534/genetics.114.169102
  • Berman J., Gershoni J.M., Zamir A. Expression of nitrogen fixation genes in foreign hosts. Assembly of nitrogenase Fe protein in Escherichia coli and in yeast. J. Biol. Chem., 1985, 260: 5240-5243.
  • Udvardi M., Poole P.S. Transport and metabolism in legume-rhizobia symbioses.Annu. Rev. Plant Biol., 2013, 64: 201-225 ( ) DOI: 10.1146/annurev-arplant-050312-120235
  • Ran L., Larsson J., Vigil-Stenman T., Nylander J.A.A., Ininbergs K., Zheng W.W., Lapidus A., Lowry S., Haselkorn R., Bergman B. Genome erosion in a nitrogen-fixing vertically transmitted endosymbiotic multicellular cyanobacterium. PLoS ONE, 2010, 5:e11486 ( ) DOI: 10.1371/journal.pone.0011486
  • Delaux P.M., Radhakrishnan G.V., Jayaramana D., Cheema J., Malbreild M., Volkening J.D., Sekimoto H., Nishiyama T., Melkonian M., Pokorny L., Rothfels C.J., Sederoff H.W., Stevenson D.W., Surek B., Zhang Y., Sussman M.R., Dunandd C., Morris R.J., Roux C., Wong G. Oldroyd G.E., Ane J.M. Algal ancestor of land plants was preadapted for symbiosis. PNASUSA, 2015, 112: 13390-13395 ( ) DOI: 10.1073/pnas.1515426112
  • Saikia S.P., Jain V., Khetarpal S., Aravind S. Dinitrogen fixation activity of Azospirillumbrasilense in maize (Zea mays). Current Science, 2007, 93: 1296-1300.
  • Chebotar V.K., Shcherbakova A.V., Maslennikova S.N., Zaplatkin A.N., Kanarskiy A.V., Zavalin A.A. Endophytic bacteria of woody plants as a basis of complex microbial preparations for agriculture and forestry. Russian Agricultural Sciences, 2016, 42: 339-342 ( ) DOI: 10.3103/S1068367416050037
  • Rodriguez R.J., Freeman D.C., McArthur E.D., Kim Y.O., Redman R.S. Symbiotic regulation of plant growth, development and reproduction.Communicative & Integrative Biology, 2009, 2: 141-143.
  • Clay K., Schardl C. Evolutionary origins and ecological consequences of endophyte symbiosis with grasses. The American Naturalist, 2002, 160: S99-S127 ( ) DOI: 10.1086/342161
  • Cho H.S., Park S.Y., Ryu C.M., Kim J.F., Kim J.G., Park S.H. Interference of quorum sensing and virulence of the rice pathogen Burkholderiaglumae by an engineered endophytic bacterium. FEMS Microbiol. Ecol., 2007, 60: 14-23 ( ) DOI: 10.1111/j.1574-6941.2007.00280.x
  • Lemaire B., Vandamme P., Merckx V., Smets E., Dessein S. Bacterial leaf symbiosis in angiosperms: host specificity without co-speciation. PLoS ONE, 2011, 6: e24430 ( ) DOI: 10.1371/journal.pone.0024430
  • Вавилов Н.И. Селекция как наука.Теоретические основы селекции. Т. 1. Общая селекция растений. М., 1935.
  • Oldroyd G., Dixon R. Biotechnological solutions to the nitrogen problem. Curr. Opin. Biotech., 2014, 26: 19-24 ( ) DOI: 10.1016/j.copbio.2013.08.006
  • López-Torrejón G., Jiménez-Vicente E., MaríaBuesa J., Hernandez J.A., Verma H.K., Rub-io L.M. Expression of a functional oxygen-labile nitrogenase component in the mitochondrial matrix of aerobically grown yeast. Nature Communications, 2016, 7: 11426 ( ) DOI: 10.1038/ncomms11426
Еще
Статья научная
QR-код для установки приложения SciUp Наведите камеру и скачайте бесплатное приложение SciUp