doi: 10.15389/agrobiology.2017.5.1004rus
УДК 582.736:579.26:577.21
Работа выполнена в рамках Программы ФАНО России по развитию и инвентаризации биоресурсных коллекций научными организациями (№ ИСГЗ 0664-2016-0018). Секвенирование гена ITS региона микросимбионтов выполнено при финансовой поддержке Российского научного фонда (грант № 16-16-00080).
ИЗУЧЕНИЕ ГЕНЕТИЧЕСКОГО РАЗНООБРАЗИЯ МИКРОСИМБИОНТОВ
КОПЕЕЧНИКА ЩЕТИНИСТОГО Hedysarum gmelinii subsp. setigerum, ПРОИЗРАСТАЮЩЕГО В ПРИБАЙКАЛЬЕ
А.Л. САЗАНОВА, И.Г. КУЗНЕЦОВА, В.И. САФРОНОВА,
А.А. БЕЛИМОВ,
Ж.П. ПОПОВА, Н.Ю. ТИХОМИРОВА,
Ю.С. ОСЛЕДКИН
Одна из актуальных задач современной микробиологии и биотехнологии состоит в изучении механизмов взаимодействия бобовых растений с клубеньковыми бактериями (ризобиями) — обширной группой микроорганизмов, способных вступать в азотфиксирующий симбиоз с растением-хозяином. Знание этих механизмов необходимо для проведения научно обоснованной селекции высокоэффективных бобово-ризобиальных систем. Для понимания эволюции специфичности растительно-микробных взаимоотношений особое значение имеют симбиотические системы с участием реликтовых бобовых растений, представляющих собой промежуточное звено между исчезнувшими и современными видами. К таким уникальным объектам относится плейстоценовый реликт — копеечник щетинистый Hedysarum gmelinii Ledeb. subsp. setigerum (Turcz. ex Fischer et Mey.) Kurbatsky, произрастающий в Прибайкальском регионе. В представленной работы получена первая в мире коллекция микросимбионтов копеечника щетинистого. Изучение таксономического положения 19 полученных изолятов проводили с помощью RFLP-анализа ITS региона (ITS-RFLP) и секвенирования гена 16S рРНК (rrs). Филогенетический анализ микросимбионтов копеечника щетинистого показал их значительное генетическое разнообразие. Четырнадцать ризобиальных изолятов принадлежали к трем родам: Rhizobium (сем. Rhizobiaceae), Phyllobacterium (сем. Phyllobacteriaceae) и Bosea(сем. Bradyrhizobiaceae). В клубеньках копеечника щетинистого присутствовали несимбиотические ризобиальные виды, представители которых самостоятельно не формируют симбиоз с бобовыми растениями (Phyllobacterium endophyticum, Phyllobacterium loti и Bosea sp.). Кроме того, были выделены 5 изолятов, не являющихся клубеньковыми бактериями и относящихся к родам Acinetobacter, Stenotrophomonas, Sphingomonas и Agromyces. Полученные данные могут свидетельствовать о том, что реликтовые бобово-ризо-биальные симбиозы, формируемые, в частности, копеечником щетинистым, представляют собой прообраз современных симбиотических систем и отражают пути эволюции в направлении рекрутирования симбиотических генов разных микроорганизмов и повышения специфичности растительно-микробных взаимоотношений. Штаммы несимбиотических ризобиальных видов, возможно, присутствуют в клубеньках как носители генов, не участвующих непосредственно в формировании симбиоза, но влияющих на его активность. Такие штаммы после соответствующего генетического и фенотипического изучения могут быть использованы для производства биопрепаратов с повышенной эффективностью симбиотической азотфиксации.
Ключевые слова: бобовые растения Прибайкалья, копеечник щетинистый Hedysarum gmelinii subsp. setigerum, систематика ризобий, секвенирование генов рибосомальных РНК.
А.L. Sazanova, I.G. Kuznetsova, V.I. Safronova, А.А. Belimov,
Zh.P. Popova,
N.Yu. Tikhomirova, Yu.S. Osledkin
One of the urgent problems of modern microbiology and biotechnology is the study of the mechanisms of interaction between leguminous plants and root nodule bacteria (rhizobia), which are an extensive group of microorganisms capable to form nitrogen-fixing symbiosis with a host plant. Knowledge of these mechanisms is necessary for carrying out scientifically based selection of highly effective rhizobia-legume symbiotic systems. To understand the evolution of the specificity of plant-microbe interactions, symbiotic systems with the participation of relic leguminous plants, which are an intermediate link between the extinct and modern species, are of particular importance. One of these unique objects is the pleistocene relic Hedysarum gmelinii Ledeb. subsp. setigerum (Turcz. ex Fischer et Mey.) Kurbatsky. The aim of this study was to isolate and identify the world's first collection of microsymbionts of this plant species growing in the Lake Baikal region. The study of taxonomic positions of 19 isolates from root nodules of H. gmelini subsp. setigerum plants was conducted by the methods of ITS-RFLP and 16S rRNA gene (rrs) sequencing. Phylogenetic analysis revealed the considerable genetic diversity among microsymbionts of the plant species studied. Fourteen rhizobial isolates belonged to 3 genera: Rhizobium (family Rhizobiaceae), Phyllobacterium (family Phyllobacteriaceae) and Bosea (family Bradyrhizobiaceae). It was noted the presence in the root nodules of non-symbiotic rhizobial species that are not able to form symbiosis with leguminous plants (Phyllobacterium endophyticum, Ph. loti and Bosea sp.). In addition, five non-rhizobial isolates belonging to the genera Acinetobacter, Stenotrophomonas, Sphingomonas и Agromyces were obtained. The obtained data may indicate that the relic rhizobia-legume symbioses, formed in particular by the H. gmelini subsp. setigerum plants, are prototypes of modern symbiotic systems and reflect the evolutionary pathways in the direction of recruiting symbiotic genes of different microorganisms and increasing the specificity of plant-microbe interactions. It is possible that strains of non-symbiotic rhizobial species are present in nodules as a source of genes that do not participate directly in the formation of symbiosis, but affect its activity. Such strains, after appropriate genetic and phenotypic study, can be used for the production of biopreparations with increased efficacy.
Keywords: leguminous plants of the Baikal region, Hedysarum gmelinii subsp. setigerum, ribosomal RNA genes sequences, Rhizobiaceae taxonomy.
| ФГБНУ Всероссийский НИИ сельскохозяйственной
микробиологии, 196608 Россия, г. Санкт-Петербург—Пушкин, ш. Подбельского, 3, е-mail: v.safronova@rambler.ru |
Поступила в редакцию 11 марта 2017 года |
Оформление электронного оттиска
