The new taxonomic marker of nodulation bacteria of Rhizobium genus and its evolution


Cite item

Full Text

Abstract

The new taxonomic marker (hin-region) has been proposed, which gives possibility for Rhizobium bacteria study on “species — group of strains” level. Using this marker the groups of Rhizobium strains were determined, which could not be distinguished with other methods, and these results correlated with evolutionary similarity of the bacteria. The developed approach for creating marker systems allows to carry out effective inventory of inter- and intraspecies genetic diversity of nodulating bacteria and to evaluate perspectives of their use in agriculture. The proposed marker system was used for description of Rhizobium bacteria samples isolated from various ecological-geographical regions of Ukraine.

Keywords

About the authors

Vasily S Zotov

A.N. Bach Institute of Biochemistry RAS, Moscow, RF

Email: adni83@yandex.ru

Natalia V Punina

Research Centre for Medical Genetics, Moscow, RF

Email: hin-enkelte@yandex.ru

Sofia A Khapchaeva

A.N. Bach Institute of Biochemistry RAS, Moscow, RF

Email: hapchaeva90@mail.ru

Svetlana V Didovich

Institute of Agriculture of Crimea of National Academy of Agriculture Sciences of Ukraine, Simferopol, Ukraine

Email: sv-alex.68@mail.ru

Tatyana N Melnichuk

Institute of Agriculture of Crimea of National Academy of Agriculture Sciences of Ukraine, Simferopol, Ukraine

Email: melnichuk tn@ukr.net

Aleksey F Topunov

A.N. Bach Institute of Biochemistry RAS, Moscow, RF

Email: aftopunov@yandex.ru

References

  1. Возняковская Ю. М., Попова Ж. П. 1985. Методические указания по идентификации неспоровых бактерий, доминирующих в ризосфере растений. Л.: ВНИИСХМ. 48 с.
  2. Дiдович С. В., Толкачов М. З., Бутвiна О. Ю. 2008. Ефективнiсть симбiотичної азотфiксацiї в агроценозах України//Сiльськогосподарська мiкробiологiя. Мiжвiдомчий тематичний наук. зб. IСГМ УААН. Чернiгiв. Вип. 8. С. 117-125.
  3. Зотов В. С., Пунина Н. В., Топунов А. Ф. Способ идентификации и дифференциаци и прокариотических организмов. Заявка на патент. Рег. № 2011135461 от 25.08.2011.
  4. Космачевская О. В., Топунов А. 2009. Гемоглобины -разнообразие структур и функций//Прикл. биохимия и микробиология. Т.45, № 6. С. 627-653.
  5. Методы почвенной микробиологии и биохимии./Под ред. Звягинцева Д. Г. -М.: изд-во МГУ, 1991. 303 с.
  6. Новикова Н. И. 1996. Современные представления о филогении и систематике клубеньковых бактерий//Микробиология, Т. 65, № 4. С. 437-450.
  7. Определитель бактерий Берджи/Под ред. Хоулта Дж., Крига Н., Снита П.; перевод с англ., в 2 т. М.: Мир, 1997. 1232 с.
  8. Топунов А. Ф., Петрова Н. Э. 2001. Гемоглобины: эволюция, распространение и гетерогенность//Успехи биологической химии Т. 41, С. 199-228.
  9. Altschul S. F., Gish W., Miller W. et al. 1990. Basic local alignment search tool//J. Mol. Biol. Vol. 215. P. 403-410.
  10. Amarger N., Macheret V., Laguerre G. 1997. Rhizobium gallicum sp. nov. and Rhizobium giardinii sp. nov., from Phaseolus vulgaris Nodules//Int. J. Syst. Bacteriol. Vol. 47, No. 4. P. 996-1006.
  11. Beringer J. E. 1974. R1 transfer in Rhizobium leguminosamm//J. Gen. Microbiol. 84:188-198.
  12. Eardly B. D., Nour S. M., van Berkum P., Selander R. K. 2005. Rhizobial 16S rRNA and dnaK genes: mosaicism and the uncertain phylogenetic placement of Rhizobium galegae//App. and Env. Mic. Vol. 71. No. 3. P. 1328-1335.
  13. Frank B. 1889. Ueber die Pilzsymbiose der Leguminosen//Ber Deut. Bot. Ges. Vol. 7. P. 332-346.
  14. Gaunt M. W., Turner S. L., Rigottier-Gois L. et al, 2001. Phylogenies of atpD and recA support the small subunit rRNA-based classification of rhizobia//Int.
  15. J. Syst. Evol. Microbiol. Vol. 51. P. 2037-2048. 15. Gürtler V. and Stanisich V. A. 1996. New approaches to typing and identification of bacteria using the 16S‑23S rDNA spacer region//Microbiology. Vol. 142. P. 3-16.
  16. Hall T. A. 1999. BioEdit: a user-friendly biological sequence alignment editor and analysis program for Windows 95/98/NT//Nucl. Acids. Symp. Ser. Vol. 41. P. 95-98.
  17. Jahn D., Verkamp E., Söll D. 1992. Glutamyltransfer RNA: a precursor of heme and chlorophyll biosynthesis//Trends. Biochem. Sci. Vol. 17 (6). P. 215-223.
  18. Kimura M. A. 1980. A simple method for estimating evolutionary rate at base substitudions through comparative studies of nucleotide sequences//J. Mol. Evol. Vol. 16. P. 111-120.
  19. Kumar S., Tamura K., Nei M. 2004. MEGA3: Integrated software for Molecular Evolutionary Genetics Analysis and sequence alignment//Briefings in Bioinformatics. Vol. 5. P. 150-163.
  20. Kwon S.-W., Park J.-Y., Kim J.-S. at al. 2005. Phylogenetic analysis of the genera Bradyrhizobium, Mesorhizobium, Rhizobium and Sinorhizobium on the basis of 16S rRNA gene and internally transcribed spacer region sequences//Int. J. Syst. Evol. Microbiol. Vol. 55. P. 263-270.
  21. Laguerre G., Mavingui P., Allard M.-R. et al. 1996. Typing of Rhizobia by PCR DNA Fingerprinting and PCR-RFLP Analysis of Chromosomal and Symbiotic Gene Regions: Application to Rhizobium leguminosarum and Its Different Biovars//App. and Env. Microbiol. Vol. 62. P. 2029-2036.
  22. Lindstrom K. 1989. Rhizobium galegae, a new species of legume root nodule bacteria//Int. J. Syst. Evol. Microbiol. Vol. 39. No. 3. P. 365-367.
  23. Martinez E. 1994. Recent developments in Rhizobium genome//Plant and Soil, Vol. 161. P. 11-20.
  24. Martínez-Romero E., Caballero-Mellado J. 1996. Rhizobium phylogenies and bacterial genetic diversity//Critical Rev. Plant Sci. Vol. 15. P. 113-140.
  25. Nei M., Kumar S. 2000. Molecular evolution and phylogenetics. New York: Oxford University Press. P. 336.
  26. Normand P., Cournoyer B., Nazaret S., Simonet P. 1992. Analysis of a ribosomal operon in the actinomycete Frankia//Gene. Vol. 111. P. 119-124.
  27. Palmer K. M., Young J. P. W. 2000. Higher Diversity of R. leguminosarum bv. viciae Populations in Arable Soils than in Grass Soils//App. and Env. Microbiol. Vol. 66. P. 2445-2450.
  28. Reese M. G. 2001. Application of a time-delay neural network to promoter annotation in the Drosophila melanogaster genome//Computers & Chemistry. Vol. 26 (1). P. 51-56.
  29. Rhizobiaceae. Молекулярная биология бактерий, взаимодействующих с растениями/Под ред. Спайнка Г., Кондороши А., Хукаса П. Пер. с англ. СПб.: Бионт, 2002. 558 с.
  30. Sanger F., Air G. M., Barrell B. G. et al. 1977. Nucleotide sequence of bacteriophage phi X174 DNA//Nature. Vol. 265. P. 687-695.
  31. Segovia L., Young J. P. W., Martinez-Romero E. 1993. Reclassification of American Rhizobium leguminosarum biovar phaseoli type I strains in a new species, Rhizobium etli sp. nov//Int. J. Sys. Bacteriol. Vol. 43. P. 374-377.
  32. Sullivan J. T., Patrick H. N., Lowther W. L., Scott D. B., Ronson C. W. 1995. Nodulating strains of Rhizobium loti arise through chromosomal and symbiotic gene transfer in the environment//Proc. Natl. Acad. Sci. Vol. 92. P. 8995-8999.
  33. Sullivan J. T., Ronson C. W. 1998. Evolution of rhizobia by acquisition of a 500‑kb symbiosis island that integrates into a phe-tRNA gene//Proc. Natl. Acad. Sci. Vol. 95. P. 5145-5149.
  34. Suominen L., Roos C., Lortet G. et al., 2001. Identification and structure of the Rhizobium galegae common nodulation genes: evidence for horizontal gene transfer//Mol. Biol. Evol. Vol. 18. P. 907-916.
  35. Terefework Z., Kaijalainen S., Lindström K. 2001. AFLP fingerprinting as a tool to study the genetic diversity of Rhizobium galegae isolated from Galega orientalis and Galega officinalis//J. Biotechnol. Vol. 91. P. 169-180.
  36. Terefework Z., Nick G., Suomalainen S., Padin L. 1998. Phylogeny of Rhizobiurn galegae with respect to other rhizobia and agrobacteria//Int. J. of Syst. Bacteriology. Vol. 48. P. 349-356.
  37. Thompson J. D., Higgins D. G., Gibson T. J. 1994. CLUSTAL W: improving the sensitivity of progressive multiple sequence alignment through sequence weighting, position specific gap penalties and weight matrix choice//Nuc. Ac. Res. Vol. 22. P. 4673-4680.
  38. Vandamme P., Pot B., Gillis M. et al., 1996. Polyphasic taxonomy, a consensus approach to bacterial systematics//Microbiol. Rev. Vol. 60. P. 407-438.
  39. Vessey J. K., Chemining'wa G. N. 2006. The genetic diversity of Rhizobium leguminosarum bv. viciae in cultivated soils of the eastern Canadian prairie//Soil Biolog y and Biochemistr y. Vol. 38. P. 153-163.
  40. Vinuesa P., Rojas-Jiménez K., Contreras-Moreira B. et al., 2008. Multilocus sequence analysis for assessment of the biogeography and evolutionary genetics of four Bradyrhizobium species that nodulate soybeans on the Asiatic continent//App. and Env. Mic. Vol. 74. P. 6987-6996.
  41. Weisburg W. G., Barns S. M., Pelletier D. A., Lane D. J. 1991. 16S ribosomal DNA amplification for phylogenetic study//J. Bacteriol. Vol. 173. P. 697-703.
  42. Wernegreen J. J., Harding E. E., Riley M. A. 1997. Rhizobium gone native: unexpected plasmid stability of indigenous Rhizobium leguminosarum//Proc. Natl. Acad. Sci. Vol. 94. P. 5483-5488.
  43. Zotov V. S., Punina N. V., Ignatov A. N. et al. 2010. Elaboration and use of new approach to species and strain identification of phytopatological and nitrogenfixing bacteria//Adaptation to Climate Change in the Baltic Sea Region: Contributions from Plant and Microbial Biotechnology. Program and Abstracts, Finland, P. 87.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2012 Zotov V.S., Punina N.V., Khapchaeva S.A., Didovich S.V., Melnichuk T.N., Topunov A.F.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
 


Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».