doi: 10.15389/agrobiology.2020.3.489rus
УДК 631.461.52:575.22:575.85
Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ в рамках научного проекта № 18-34-00839 (сбор клубеньков и выделение штаммов) и РНФ № 19-16-00081 (секвенирование геномов и биоинформатический анализ данных).
ВЫЯВЛЕНИЕ АНЦЕСТРАЛЬНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ГЕНОМА
У Rhizobium leguminosarum bv. trifolii
Т.С. АКСЕНОВА1, Е.Р. ЧИРАК1, О.П. ОНИЩУК1, О.Н. КУРЧАК1,
А.М. АФОНИН1, А.Г. ПИНАЕВ1, Е.Е. АНДРОНОВ1, 2, 3, Н.А. ПРОВОРОВ1
Клубеньковые бактерии вида Rhizobium leguminosarum — симбиотические азотфиксаторы, разделяющиеся на два биотипа: viciae и trifolii (D.C. Jordan с соавт., 1984). За функцию симбиотической азотофиксации отвечают симбиотические гены, эволюция которых зависит от растений-хозяев (J.P.W. Young с соавт., 1989). Недавно было показано, что по типу организации симбиотических регионов геномов ризобии, выделенные из вавиловии красивой Vavilovia formosa (Stev.) Fed., возможно, близки к протосимбионту трибы FabeaeR. leguminosarumbv. viceae(E.R. Chirak с соавт., 2019; A.K. Kimeklis с соавт., 2019). Однако в эволюции R. leguminosarum имела место еще одна более ранняя дивергенция между биотипами viceae и trifolii, отправной точкой которой был протосимбионт всего вида R. leguminosarum, существовавший до его разделения на биовары. В своей работе мы представляем результаты секвенирования группы геномов R. leguminosarum bv. trifolii и сопоставления структуры их симбиотических регионов с соответствующими участками геномов R. leguminosarum bv. viciae, относящихся к анцестральным и «продвинутым» типам. Для этого мы сравнили полные геномы штаммов R. leguminosarum bv.trifolii (методика секвенирования Oxford Nanopore) и референсных штаммов R. leguminosarum bv. viceae, относящихся к анцестральным и «продвинутым» типам. Было показано, что в геномах штаммов симбионтов клевера находятся четыре из пяти анцестральных признаков: увеличенный размер межгенных областей в симбиотическом регионе, наличие в nod-опероне гена nodX, отсутствие гена nodT в sym-регионе и только одна копия оперона fixNOPQ, располагающаяся на плазмиде pSym. Исходя из полученных результатов, мы предполагаем, что протосимбионт R. leguminosarumмог быть также близок к ризобиям клевера, как и к ризобиям вавиловии.
Ключевые слова: Rhizobium leguminosarum bv.trifolii, эволюция симбиоза, симбиотические гены, протосимбионт, полногеномное секвенирование.
T.S. Aksenova1, E.R. Chirak1, O.P. Onishchuk1, O.N. Kurchak1, A.M. Afonin1, A.G. Pinaev1, E.E. Andronov1, 2, 3, N.A. Provorov1
Nodule bacteria of the species Rhizobium leguminosarum are symbiotic N2-fixers that divide into two biotypes: viciae and trifolii (D.C Jordan. et al., 1984). Symbiotic genes, the evolution of which depends on host plants, are responsible for the function of symbiotic nitrogen fixation (J.P.W. Young et al., 1989). Recently it was shown that according to the type of organization of the symbiotic regions of the genomes, rhizobia isolated from the Vavilovia formosa (Stev.) Fed.are close to the protosymbiont of the tribe Fabeae R. leguminosarum bv. viceae (E.R. Chirak et al., 2019). However, in the evolution of R. leguminosarum, there was another earlier divergence between the biotypes viceae and trifolii, the starting point of which was the protosymbiont of the entire species R. leguminosarum, which existed before its separation into biovars. In this work we present the results of genomes sequencing of a group of Rhizobium leguminosarum bv. trifolii and comparisons of the structure of their symbiotic regions with the corresponding regions of the genomes of Rhizobium leguminosarum bv. viciae, related to the ancestral and “advanced” types. In the program CLC Genomics Workbench 7.5.1, we compared the obtained genome-wide sequences of the strains R. leguminosarum bv. trifolii (Oxford Nanopore sequencing technique) with reference strains of R. leguminosarum bv. viceae, related to ancestral and “advanced” types. It was shown that in the genomes of strains of clover symbionts, four of five ancestral characters are found: an increased size of intergenic regions in the symbiotic region, the presence of the nodX gene in the nod-operon, the absence of the nodT gene in the sym-region, and only one copy of the fixNOPQ operon located on the pSym. Based on the results obtained, we suggest that the protosymbiont R. leguminosarum could be close to clover rhizobia.
Keywords: Rhizobium leguminosarum bv. trifolii, symbiosis evolution, symbiotic genes, protosymbiont, genome-wide sequences.
1ФГБНУ Всероссийский НИИ сельскохозяйственной |
Поступила в редакцию |
