Quorum Sensing и нодуляционная конкурентоспособность ризобий при инфицировании бобовых растений

Один из основных симбиотических признаков ризобий - способность конкурировать за образование клубеньков у бобовых растений, проявляемая при совместной инокуляции хозяев несколькими штаммами (нодуляционная конкурентоспособность - НКС). Закономерности регуляции НКС остаются малоизученными, что затрудняет использование полученных данных в биотехнологических исследованиях, направленных на повышение эффективности биопрепаратов ризобий. Нами создана математическая модель нодуляционной конкурентоспособности ризобий (НКС) для описания мультиштаммовой инокуляции бобовых растений (НКС-модель). В НКС-модели мы учли, что в соответствии с положением о Quorum Sensing регулировании (QS-регулировании) в почвенных нишах ограничивается не только число бактерий в нише, но и миграция клеток в соседние ниши. НКС-модель представляет собой нелинейную степенную зависимость миграции клеток из ниши от пространственной плотности клеток в нише (величина степени меньше, чем 1). Согласно формуле НКС-модели, относительная доля мигрирующих клеток из ниши обитания уменьшается с ростом плотности клеток в нише. Мы предполагаем, что после мультиштаммовой инокуляции в ризосфере растений в большем количестве (с большей НКС) будет представлен тот бактериальный штамм, который формирует больший миграционный поток клеток из ниши обитания. Верификация и параметрическая идентификация (миграционная активность штаммов, индекс частотно-зависимого отбора) НКС-модели проводились с использованием опубликованных ранее экспериментальных данных. Анализ вычисленных по этим данным параметров НКС-модели показал, что штаммы ризобий с большей миграционной активностью и малым индексом частотно-зависимого отбора образуют больший миграционный поток клеток из ниш обитания и демонстрируют большую НКС. Генетическая модификация ризобий с целью повышения НКС может вызвать интенсификацию миграционных потоков клеток штамма из ниши обитания и к ускоренному расходованию ресурсов ниши. Интенсивная миграция клеток из почвенной ниши может привести к преждевременному расходованию ресурса ниши и вызвать гибель клеток ризобий раньше, чем они образуют симбиоз с бобовыми растениями. Рассмотренные особенности выживания и миграции ризобий в естественных почвенных условиях необходимо учитывать, особенно, при разработке микробных препаратов длительного действия.