doi: 10.15389/agrobiology.2015.5.655rus
УДК 579.64:631.461.52:577.2
Работа поддержана грантом Российского научного фонда 14-26-00094. Исследования выполняли с использованием оборудования ЦКП «Геномные технологии, протеомика и клеточная биология» (ФГБНУ Всероссийский НИИ сельскохозяйственной микробиологии, г. Санкт-Петербург—Пушкин).
ФИЛОГЕНЕТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ШТАММОВ РОДА Rhizobium,
ВЫДЕЛЕННЫХ ИЗ КЛУБЕНЬКОВ Vavilovia formosa (Stev.) Fed.
А.К. КИМЕКЛИС1, В.И. САФРОНОВА1, И.Г. КУЗНЕЦОВА1,
А.Л. САЗАНОВА1, А.А. БЕЛИМОВ1, А.Г. ПИНАЕВ1, Е.П. ЧИЖЕВСКАЯ1,
А.Р. ПУХАЕВ2, К.П. ПОПОВ3, Е.Е. АНДРОНОВ1, Н.А. ПРОВОРОВ1
Из пяти родов трибы Fabeae самым малоизученным остается VaviloviaFed., содержащий единственный вид Vavilovia formosa (Stev.) Fed. Ареал вавиловии прекрасной расположен на высокогорье Центрального и Восточного Кавказа, известны всего несколько популяций на территориях Армении, Дагестана и Северной Осетии, Азербайджана, Ирана, Ирака, Сирии и Турции, а ее произрастание ограничено условиями среды обитания. Единственное филогенетическое исследование изолятов ризобий из клубеньков вавиловии Североосетинской популяции показало достаточно широкое видовое и генетическое разнообразие как быстрорастущих, так и медленнорастущих микросимбионтов (V.I. Safronova с соавт., 2014). Было установлено, что все быстрорастущие изоляты, принадлежащие к виду Rhizobium leguminosarum, служат носителями гена nodX. Вавиловию прекрасную и ее микросимбионтов можно рассматривать как перспективные модельные объекты для исследования механизмов эволюции специфичности бобово-ризобиального симбиоза. В результате трех экспедиций в горные регионы Армении, Дагестана и Северной Осетии были найдены и собраны образцы эндемичного бобового растения Vavilovia formosa (Stev.) Fed. с клубеньками, из которых впоследствии получены изоляты клубеньковых бактерий (ризобий). Мы выбрали 19 штаммов быстрорастущих ризобий, выделенных из клубеньков 10 растений, чтобы определить их видовую принадлежность, выявить географическую изоляцию, а также охарактеризовать генетическую обособленность выделенных штаммов по отношению к ризобиям, имеющим других растений-хозяев из трибы Fabeae. Для этого были просеквенированы один из фрагментов ITS (internally transcribed spacer) длиной 1000-1300 п.н. и фрагмент гена nodA длиной 666 п.н., а также проведен скрининг штаммов на наличие гена nodX, контролирующего хозяйскую специфичность ризобий. На основании полученных последовательностей были рассчитаны генетические расстояния между группами ризобий: изолятами из разных регионов (Армения, Дагестан, Северная Осетия) и от разных растений-хозяев (вавиловия, горох, клевер). Результаты секвенирования фрагмента ITS показали, что все изученные штаммы принадлежат к виду Rhizobiumleguminosarum (биовар viciae). ITS-дендрограмма выявила относительно высокую гетерогенность внутри группы изолятов, однако на nodA-дендрограмме они, напротив, формировали очень компактную группу. Несовпадение этих дендрограмм позволяет предположить, что ген nodA, сцепленный с генами хозяйской специфичности у ризобий, может активно переноситься в популяциях R. leguminosarum, обеспечивая свободное комбинирование специфичности к вавиловии с различными вариантами бактериальной хромосомы. Сравнение генетических расстояний по ITS для изолятов из трех регионов указывает на дивергенцию микросимбионтов вавиловии, связанную с географической изоляцией. Данные по генетическим расстояниям для гена nodA, а также присутствие гена nodX у всех изученных штаммов R. leguminosarum указывают на наличие хозяйской обособленности изученных штаммов внутри биовара viciae. Полученные корреляции происхождения штаммов со структурой гена nodA, по всей видимости, отражают наличие высокоспецифичных взаимодействий каждой группы штаммов R. leguminosarum со своими растениями-хозяевами, тогда как корреляции со структурой локуса ITS свидетельствуют об адаптации ризобий к почвенной среде обитания.
Ключевые слова: Vavilovia formosa, Rhizobium leguminosarum, бобово-ризобиаль-ный симбиоз.
PHYLOGENETIC ANALYSIS OF Rhizobium STRAINS, ISOLATED
FROM NODULES OF Vavilovia formosa (Stev.) Fed.
A.K. Kimeklis1, V.I. Safronova1, I.G. Kuznetsova1, A.L. Sazanova1, A.A. Belimov1, A.G. Pinaev1, E.P. Chizhevskaya1, A.R. Pukhaev2, K.P. Popov3, E.E. Andronov1, N.A. Provorov1
Among the 5 genera of tribe Fabeae the least studied is Vavilovia Fed., consisting of the only species Vavilovia formosa (Stev.) Fed. Vavilovia’s area of growth is limited by the highlands of Central and Eastern Caucasus, with only several known populations on the territories of Armenia, Dagestan, Norht Ossetia, Azerbaijan, Iran, Iraq, Siria, Turkey, and by the environmental conditions. The only phylogenetic research of rhizobia isolated from the nodules of vavilovia from the Nortn Ossetian population demonstrated significance of both slow-growing and fast-growing microsymbionts’ specific and genetic diversity. It was shown that all of the fast-growing isolates, belonging to Rhizobium leguminosarum species, carry nodX gene in their genomes. Three expeditions to the regions of Armenia, Dagestan and North Ossetia succeeded in finding and collecting plants of Vavilovia formosa (Stev.) Fed. with its nodules, from which later rhizobia isolates were obtained. We have chosen nineteen fast-growing isolates, derived from ten plants’ nodules, to identify their species affiliation, to trace geographical isolation and also to try to track down its genetic differences from rhizobia, which nodulate other plants of tribe Fabeae. To make this we sequenced ITS (internally transcribed spacer) fragment and nodA gene, and made screening of the isolates for the presence of nodX gene, which controls rhizobia host specificity. Obtained sequences were used to calculate genetic distances between groups of rhizobia, i.e. different regions isolates (Armenia, Dagestan, North Ossetia) and isolates from different plant hosts (vavilovia, pea, clover). Results of ITS sequencing showed that all strains involved in the analysis belong to R. leguminosarum (bv. viciae) species. ITS-dendrogram shows relatively high heterogeneity of isolates, but on nodA-dendrogram they form a very compact group. Difference in the structure of these dendrograms allows to assume that nodA gene, chained with the genes of host specificity, can be easily transferred within the populations of R. leguminosarum, providing unlimited combinations of specificity to vavilovia with different variants of bacterial chromosome. Comparison of genetic distances based on ITS-sequences for the isolates in this study shows tendency to geographic isolation between them. Data on nodA-based genetic distances along with the presence of nodX gene in the genomes of all R. leguminosarum strains in this study point out the presence of its host specificity within biovar viciae. It seems that correlation between strain origin and the genetic structure of nodA reflects presence of highly specific interactions among each group of R. leguminosarum strains with their plant-hosts, whereas correlations with the structure of ITS-loci reflect rhizobia adaptation to soil environment.
Keywords: Vavilovia formosa, Rhizobium leguminosarum, legume-rhizobia symbiosis.
1ФГБНУВсероссийскийНИИсельскохозяйственной |
Поступила в редакцию |
Оформление электронного оттиска
