doi: 10.15389/agrobiology.2018.6.1285rus

УДК 579.64:631.461.52

Исследование выполнено при поддержке Минобрнауки в рамках проекта RFMEFI60417X0168 (соглашение № 14.604.21.0168). Долгосрочное хранение штаммов осуществляется в рамках Программы по развитию и инвентаризации биоресурсных коллекций научными организациями.

 

ВЫДЕЛЕНИЕ И ИДЕНТИФИКАЦИЯ КЛУБЕНЬКОВЫХ БАКТЕРИЙ
ГУАРА Cyamopsis tetragonoloba (L.) Taub.

И.Г. КУЗНЕЦОВА1, А.Л. САЗАНОВА1, В.И. САФРОНОВА1,
Ж.П. ПОПОВА1, Д.В. СОКОЛОВА2, Н.Ю. ТИХОМИРОВА1,
Ю.С. ОСЛЕДКИН1, Д.С. КАРЛОВ1, А.А. БЕЛИМОВ1,2

Циамопсис четырехкрыльниковый, или гуар (Cyamopsis tetragonoloba, сем .Fabaceae), — однолетняя зернобобовая культура, перспективная для возделывания в России. Его плоды содержат значительное количество жирных масел и белков, зеленые бобы могут служить ценным пищевым продуктом, это древняя кормовая культура (в настоящее время используется гуаровая мука и немолотый гранулированный корм), но наиболее востребовано это растение как источник гуаровой камеди, которая представляет собой полисахарид, образованный галактозой и маннозой (галактоманнан) и содержится в эндосперме семян. Гуар в основном выращивают в Индии, однако из-за высокого спроса на камедь это растение пытаются культивировать в других районах с подходящим климатом: в США, Судане, Афганистане, Кении, Пакистане, Австралии, а также на юге России. Известно, что продуктивность бобовых культур зависит не только от климатических условий, но и от эффективности симбиоза с ризобиями, которая в том числе определяется азотфиксирующей активностью и конкурентоспособностью микросимбионтов, а также их комплементарностью к определенному сорту. Использование клубеньковых бактерий для инокуляции растений особенно важно при интродукции на новые места обитания, поэтому для успешного выращивания гуара в России необходимы специфические штаммы-микросимбионты. В настоящей работе мы впервые выделили клубеньковые бактерии вида Bradyrhizobium elkanii из корневых клубеньков растений гуара, выращенных в условиях вегетационного опыта с использованием почвы, привезенной из Индии, определили таксономическое положение и генетическую гетерогенность штаммов. У 10 полученных изолятов проведено секвенирование гена 16S рРНК (rrs), последовательности между генами 16S и 23S рРНК (ITS-региона) и трех генов «домашнего хозяйства» atpD, dnaK и recA. По результатам анализа последовательности rrs все изоляты отнесены к виду Bradyrhizobium elkanii (сем. Bradyrhizobiaceae), представители которого служат микросимбионтами широкого круга бобовых растений, в том числе трибы Indigofereae, к которой относится гуар. Однако ранее представители вида не были описаны в качестве микросимбионтов циамопсиса четырехкрыльникового. Секвенирование ITS-региона и генов «домашнего хозяйства» подтвердило видовую принадлежность изолятов и продемонстрировало генетическую разнородность природной популяции микросимбионтов гуара, что может свидетельствовать о различиях в симбиотических взаимоотношениях между растениями и изолированными штаммами. Дальнейшее изучение генетического разнообразия, морфолого-культуральных, физиолого-биохимических, хозяйственно полезных свойств клубеньковых бактерий гуара позволит расширить знания о филогении микросимбионтов этой относительно новой для России культуры, а также проводить селекцию эффективных штаммов, улучшающих рост растений и качество продукции в новых регионах возделывания.

Ключевые слова: Cyamopsis tetragonoloba, гуар, клубеньковые бактерии, ген 16S рРНК, ITS-регион, гены «домашнего хозяйства», симбиоз.

 

Полный текст

 

 

ISOLATION AND IDENTIFICATION OF ROOT NODULE BACTERIA FROM GUAR Cyamopsis tetragonoloba (L.) Taub.

I.G. Kuznetsova1, A.L. Sazanova1, V.I. Safronova1, J.P. Popova1,
D.V. Sokolova2, N.Yu. Tikhomirova1, Yu.S. Osledkin1, D.S. Karlov1,
А.А. Belimov1,2

Cyamopsis tetragonoloba (guar) belongs to the family Fabaceae and is one of the promising crops for cultivation in Russia. Beans contain a large number of protein and fatty oil content, green beans can serve as a valuable source of food and feeds (as seed flour and not ground granulated feeds), but the plant is more in demand as a source of guar gum, which is a polysaccharide formed by galactose and mannose (galactomannan) and is contained in the endosperm of the seeds of this plant. Guar gum is widely used in various industries: food, textile, cosmetic, oil and other.  Guar comes from India, where approximately 80 % of the world’s production of guar gum is obtained. However, due to high demand, the plant is cultivated throughout the world in areas with a suitable climate (the USA, Sudan, Kenya, Pakistan, Australia), including in the south of the Russian Federation. It is known that the productivity of leguminous crops depends not only on climatic conditions, but also on the effectiveness of symbiosis of plants with nodule bacteria (rhizobia), which is determined by the nitrogen-fixing activity and competitiveness of strains, as well as their complementarity to a particular variety. The use of rhizobia for inoculation of plants is especially important when they are introduced to new habitats, so knowledge of its microsymbionts is necessary for successful cultivation of guar in Russia. This paper is the first to report on isolation of the nodule bacteria of the species Bradyrhizobium elkanii from root nodules of the guar plants grown in a pot experiment with the use of soil samples from India. We determined the taxonomic position and genetic heterogeneity of the isolated strains. The 16S rRNA gene (rrs), ITS-region between the 16S and 23S rDNA and three “housekeeping” genes atpD, dnaK and recA of 10 isolates of nodule bacteria were sequenced. According to the results of the rrs sequence analysis, all isolates are assigned to the species Bradyrhizobium elkanii (family Bradyrhizobiaceae), whose representatives are microsymbionts of a wide range of leguminous plants, including the tribe Indigofereae, to which the guar belongs. However, the representatives of the species were not previously described as a microsymbiont of Сyamopsis tetragonoloba. Sequencing of the ITS-region and the “housekeeping” genes confirmed the species identity of the isolates and demonstrated their genetic heterogeneity. Thus, the study of nodule bacteria from guar has expanded our knowledge of the phylogeny of its microsymbionts and will allow us in the future to select the most effective strains that improve nitrogen nutrition and plant growth. Knowledge of the rhizobial microsymbionts of guar will help maximize the symbiotic potential of this agronomically valuable culture for its stable and highly productive cultivation.

Keywords: Cyamopsis tetragonoloba, guar, root nodule bacteria, 16S rRNA gene, ITS region, "housekeeping" genes, symbiosis.

 

1ФГБНУ Всероссийский НИИ сельскохозяйственной
микробиологии,

196608 Россия, г. Санкт-Петербург—Пушкин, ш. Подбельского, 3,
е-mail: kuznetsova_rina@mail.ru, v.safronova@rambler.ru ✉,
anna_sazanova@mail.ru, elestd@yandex.ru, arriam2008@yandex.ru,
arriam2008@yandex.ru, makondo07@gmail.com, belimov@rambler.ru;
2ФГБНУ ФИЦ Всероссийский институт 
генетических ресурсов растений им. Н.И. Вавилова,

190000 Россия, г. Санкт-Петербург, ул. Большая Морская, 42-44, е-mail: dianasokol@bk.ru

Поступила в редакцию
24 июля 2018 года

 

назад в начало