Популяционный полиморфизм клубеньковых бактерий люцерны ( Sinorhizobium meliloti) по генам симбиотической эффективности и конкурентоспособности
Автор: Онищук О.П., Курчак О.Н., Чижевская Е.П., Проворов Н.А., Симаров Б.В.
Журнал: Сельскохозяйственная биология @agrobiology
Рубрика: Разнообразие и эволюция микробно-растительных систем
Статья в выпуске: 3 т.50, 2015 года.
Бесплатный доступ
Важнейшие признаки клубеньковых бактерий (ризобий), по которым проводится отбор хозяйственно ценных штаммов, - симбиотическая эффективность (способность повышать массу инокулированных растений-хозяев благодаря интенсивной фиксации молекулярного азота) и конкурентоспособность (способность инокулировать растения в присутствии других штаммов этого же вида ризобий). С помощью ПЦР-анализа штаммов ризобий люцерны ( Sinorhizobium meliloti ) различного происхождения мы впервые показали полиморфизм природных популяций по генам Smc03879, или phbA («негативный регулятор эффективного симбиоза», кодирует синтез поли-b-гидроксибутирата), и Sma0907, или cmp-107 (участвует в конкуренции за образование клубеньков). В популяции, обитающей в бедной солончаковой почве (Уральская область, Казахстан), ген phbA выявлен у 100 % штаммов, тогда как в популяции из богатой черноземной почвы Тернопольской области Украины - лишь у 82,2 % штаммов. Еще более низкая встречаемость гена phbA (30,8 %) характерна для штаммов из клубеньков люцерны, собранных в Тернопольской области. Наблюдаемый полиморфизм может отражать низкую адаптивную значимость конверсии С-соединений в поли-b-гидроксибутират для штаммов ризобий из Тернопольской области по сравнению со штаммами из Уральской области. Участие гена phbA в контроле симбиотической эффективности подтверждается тем, что для гена nifH, который кодирует структуру малой субъединицы нитрогеназы, но не влияет на интенсивность ее синтеза, различий в показателях популяционного полиморфизма между штаммами двух популяций выявлено не было. Отсутствие во всех изученных популяциях полиморфизма по гену Smb21375, или eff-798, может быть связано с тем, что кодируемый им АВС-транспортер необходим для переноса в бактериальную клетку широкого спектра питательных веществ, получаемых как от растения-хозяина, так и из почвы. Высокая встречаемость эффективных симбионтов среди штаммов, лишенных гена phbA, указывает на возможность использования молекулярных зондов, содержащих этот ген, для отбора практически значимых генотипов ризобий, способных обеспечивать растения-хозяина значительными количествами фиксированного азота.
Бобово-ризобиальный симбиоз, клубеньковые бактерии, азотфиксация, симбиотическая эффективность, конкурентоспособность, популяционный полиморфизм, пцр-анализ
Короткий адрес: https://sciup.org/142133595
IDR: 142133595 | DOI: 10.15389/agrobiology.2015.3.339rus
Список литературы Популяционный полиморфизм клубеньковых бактерий люцерны ( Sinorhizobium meliloti) по генам симбиотической эффективности и конкурентоспособности
- Тихонович И.А., Круглов Ю.В., Кожемяков А.П., Чеботарь В.К., Кандыбин Н.В., Лаптев Г.Ю. Биопрепараты в сельском хозяйстве. М., 2005.
- Sharypova L.A., Onishchuk O.P., Chesnokova O.N., Fomina-Eshchenko J.G., Simarov B.V. Isolation and characterization of Rhizobium meliloti Tn5-mutants showing enhanced symbiotic effectiveness. Microbiology, 1994, 140: 463-470 ( ) DOI: 10.1099/00221287-140-3-463
- 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 бактерий: эволюционные модели и генетические подходы. Генетика, 2014, 50(11): 1273-1285 ( ) DOI: 10.7868/S0016675814110113
- Онищук О.П., Курчак О.Н., Шарыпова Л.А., Проворов Н.А., Симаров Б.В. Анализ различных типов конкурентоспособности у Tn5-мутантов клубеньковых бактерий люцерны (Sinorhizobium meliloti). Генетика, 2001, 37: 1507-1512.
- Румянцева М.Л., Симаров Б.В., Онищук О.П., Андронов Е.Е., Чижевская Е.П., Белова В.С., Курчак О.Н., Мунтян А.Н., Румянцева Т.Б., Затовская Т.В. Биологическое разнообразие клубеньковых бактерий в экосистемах и агроценозах. Теоретические основы и методы. СПб, 2011.
- Сагуленко Е.А., Шарыпова Л.А., Кроль Е.А., Симаров Б.В. Клонирование генов «эффективности» Rhizobium meliloti с использованием вектора pK18mob. Генетика, 1998, 34: 903-907.
- Chizhevskaya E.P., Onishchuk O.P., Sharypova L.A., Simarov B.V. Isolation and characterization of a gene involved in control of nodulation competitiveness of Sinorhizobium meliloti strain CXM1-105. Proc. 11th Int. Congr. on molecular plant-microbe interactions/I.A. Tikhonovich., B.J.J. Lugtenberg, N.A. Provorov (eds.). St. Petersburg, 2004: 549-553.
- Маниатис Т., Фрич Э., Сэмбрук Дж. Методы генной инженерии. Молекулярное клонирование. М., 1984.
- Проворов Н.А., Андронов Е.Е., Онищук О.П., Курчак О.Н., Чижевская Е.П. Генетическая структура интродуцированных и местных популяций Rhizobium leguminosarum в системах «растения-почва». Микробиология, 2012, 81: 244-253.
- Лакин Г.Ф. Биометрия (4-е изд.). М., 1990.
- Finan T.M., McWhinnie E., Driscoll B.T., Watson R.J. Complex symbiotic phenotypes result from gluconeogenic mutations in Rhizobium meliloti. Mol. Plant Microbe Interact., 1991, 4: 386-392.
- Cevallos M.A., Encarnacion S., Leija A., Mora Y., Mora J. Genetic and physiological characterization of a Rhizobium etli mutant strain unable to synthesize poly-beta-hydroxybutyrate. J. Bacteriol., 1996, 178: 1646-1654.
- Юргель С.Н., Шарыпова Л.А., Симаров Б.В. Tn5-мутации Rhizobium meliloti, вызывающие повышение редокс-потенциала свободноживущих клеток и эффективности их симбиоза с люцерной. Генетика, 1998, 34: 737-741.
- Yurgel S.N., Kahn M.L. Dicarboxylate transport by rhizobia. FEMS Microbiol. Rev., 2004, 28: 489-501 ( ) DOI: 10.1016/j.femsre.2004.04.002
- Miller S.H., Elliot R.M., Sullivan J.T., Ronson C.W. Host-specific regulation of symbiotic nitrogen fixation in Rhizobium leguminosarum biovar trifolii. Microbiology, 2007, 153: 3184-3195 ( ) DOI: 10.1099/mic.0.2007/006924-0
- Bonaldi K., Gourion B., Fardoux J., Hannibal L., Cartieaux F., Boursot M., Vallenet D., Chaintreuil C., Prin Y., Nouwen N., Giraud E. Large-scale transposon mutagenesis of photosynthetic Bradyrhizobium sp. strain ORS278 reveals new genetic loci putatively important for nod-independent symbiosis with Aeschynomene indica. Mol. Plant Microbe Interact., 2010, 23: 760-770 ( ) DOI: 10.1094/MPMI-23-6-0760
- Онищук О.П., Воробьев Н.И., Проворов Н.А., Симаров Б.В. Симбиотическая активность ризобий люцерны (Sinorhizobium meliloti) с генетическими модификациями системы транспорта дикарбоновых кислот. Экологическая генетика, 2009, 7(2): 3-10.
- Онищук О.П., Шарыпова Л.А., Курчак О.Н., Беккер А., Симаров Б.В. Выявление генов Sinorhizobium meliloti, влияющих на синтез поверхностных полисахаридов и конкурентоспособность. Генетика, 2005, 41: 1617-1623.
- Pobigaylo N., Szymczak S., Nattkemper T.W., Becker A. Identification of genes relevant to symbiosis and competitiveness in Sinorhizobium meliloti using signature-tagged mutants. Mol. Plant-Microbe Interact., 2008, 21: 219-231 ( ) DOI: 10.1094/MPMI-21-2-0219
- Williams A., Wilkinson A., Krehenbrink M., Russo D.M., Zorreguieta A., Downie J.A. Glucomannan-mediated attachment of Rhizobium leguminosarum to pea root hairs is required for competitive nodule infection. J. Bacteriol., 2008, 190: 4706-4715 ( ) DOI: 10.1128/JB.01694-07
- van Dillewijn P., Soto M.J., Villadas P.J., Toro N. Construction and environmental release of a Sinorhizobium meliloti strain genetically modified to be more competitive for alfalfa nodulation. Appl. Environ. Microbiol., 2001, 67: 3860-3865 ( ) DOI: 10.1128/AEM.67.9.3860-3865.2001
- Ding H., Yip C.B., Geddes B.A., Oresnik I.J., Hynes M.F. Glycerol utilization by Rhizobium leguminosarum requires an ABC transporter and affects competition for nodulation. Microbiology, 2012, 158: 1369-1378 ( ) DOI: 10.1099/mic.0.057281-0
