Современное состояние и перспективы развития симбиогенетики

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Современный этап развития симбиогенетики — биологической дисциплины, изучающей формирование надорганизменных генетических систем, — связан с изучением молекулярных механизмов и экологических последствий объединения наследственных факторов прокариот и эукариот в функционально интегрированные симбиогеномы, которые по мере утраты партнерами способности к автономному существованию преобразуются в структурно интегрированные хологеномы. Потеря внутриклеточными симбионтами эукариот генетической индивидуальности, определяемой способностью к самостоятельному поддержанию и экспрессии генома, является ключевым этапом симбиогенеза и знаменует преобразование бактерий в клеточные органеллы. Генетическая реконструкция симбиогенеза открывает широкие перспективы для его искусственного воспроизведения, которое направлено на синтез новых организмов и биосистем, обладающих заданным комплексом практически значимых признаков.

Об авторах

Николай Александрович Проворов

ФГБНУ «Всероссийский научно-исследовательский институт сельскохозяйственной микробиологии»

Автор, ответственный за переписку.
Email: provorovnik@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0001-9091-9384
SPIN-код: 4548-1255
Scopus Author ID: 6701639336

д-р биол. наук, директор

Россия, 196608, г. Санкт-Петербург, Пушкин 8, ш. Подбельского, д.3

Игорь Анатольевич Тихонович

ФГБНУ «Всероссийский научно-исследовательский институт сельскохозяйственной микробиологии»

Email: arriam2008@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0001-8968-854X
SPIN-код: 6685-9419
Scopus Author ID: 6701578749
ResearcherId: C-1744-2014

д-р биол. наук, научный руководитель института, академик РАН

Россия, 196608, г. Санкт-Петербург, Пушкин 8, ш. Подбельского, д.3

Список литературы

  1. Тихонович И.А., Проворов Н.А. Симбиогенетика микробно-растительных взаимодействий // Экологическая генетика. – 2003. – Т. 1. – № 1. – С. 36–46. [Tikhonovich IA, Provorov NA. Simbiogenetika mikrobno-rastitelnikh vzaimodeistviy. Ekologicheskaya Genetika. 2003;1(1):36-46. (In Russ.)]
  2. Тихонович И.А., Андронов Е.Е., Борисов А.Ю., и др. Принцип дополнительности геномов в расширении адаптационного потенциала растений // Генетика. – 2015. – Т. 51. – № 9. – С. 973–990. [Tikhono vich IA, Andronov EE, Borisov AYu, et al. The principle of genome complementarity in the enhancement of plant adaptive capacities. Russian Journal of Gene tics. 2015;51(9):831-846. (In Russ.)]. https://doi.org/10.7868/S001667581509012X.
  3. Проворов Н.А., Тихонович И.А. Надвидовые генетические системы // Журнал общей биологии. – 2014. – Т. 75. – № 4. – С. 247–260. [Provorov NA, Tikhonovich IA. Supraspecies genetic systems. Biology Bulletin Reviews. 2015;5(3): 179-189. (In Russ.)]. https://doi.org/10.1134/S2079086415030081.
  4. Tikhonovich IA, Provorov NA. From plant-microbe interactions to Symbiogenetics: a universal paradigm for the inter-species genetic integration. Annals of Applied Biology. 2009;154(3):341-350. https://doi.org/10.1111/j.1744-7348.2008.00306.x.
  5. Lo WS, Huang YY, Kuo CH. Winding paths to simplicity: genome evolution in facultative insect symbionts. FEMS Microbiology Reviews. 2016;40(6):855-74. https://doi.org/10.1093/femsre/fuw028.
  6. Nowack EC, Grossman AR. Trafficking of protein into the recently established photosyn-thetic organelles of Paulinella chromatophora. Proceeding of National Academy of Sciences USA. 2012;109(14):5340-5345. https://doi.org/10.1073/pnas.1118800109.
  7. Zilber-Rosenberg I, Rosenberg E. Role of microorganisms in the evolution of animals and plants: the hologenome theory of evolution. FEMS Microbiology Reviews. 2008;32(3):723-735. https://doi.org/10.1111/j.1574-6976.2008.
  8. Theis KR, Dheilly NM, Klassen JL, et al. Getting the hologenome concept right: a co-evolutionary framework for hosts and their microbiomes. mSystems. 2016;1(2):e00028-16. https://doi.org/10.1128/mSystems.00028-16.
  9. Тихонович И.А., Проворов Н.А. Развитие подходов симбиогенетики для изучения изменчивости и наследственности надвидовых систем // Генетика. – 2012. – Т. 48. – № 4. – С. 437–450. [Tikhono vich IA, Provorov NA. Development of symbiogenetic approaches for studying variation and heredity of superspecies systems. Russian Journal of Genetics. 2012;48(4):357-368. (In Russ.)]. https://doi.org/10.1134/S1022795412040126.
  10. Moran NA, McCutcheon JP, Nakabachi A. Genomics and evolution of heritable bacterial symbionts. Annual Reviews in Genetics. 2008;42:165-190. https://doi.org/10.1146/annurev.genet.41.110306.130119.
  11. Проворов Н.А., Андронов Е.Е. Эволюция клубеньковых бактерий: реконструкция процессов видообразования, обусловленных перестройками генома в системе симбиоза // Микробиология. – 2016. – Т. 85. – № 2. – С. 195–206. [Provorov NA, Andronov EE. Evolution of root nodule bacteria: reconstruction of the speciation processes resulting from genomic rearrangements in a symbiotic system. Microbiology. 2016;85(2):131-139. (In Russ.)]. https://doi.org/10.7868/S0026365616020166.
  12. Проворов Н.А., Воробьев Н.И. Эволюция полезных для растений признаков у азотфиксирующих бактерий: моделирование и конструирование систем межвидового альтруизма // Прикладная биохимия и микробиология. – 2015. – Т. 51. – № 4. – С. 363–370. [Provorov NA, Vorobyov NI. Evolution of host-beneficial traits in nitrogen-fixing bacteria: modeling and construction of systems for interspecies altruism. Applied Biochemistry and Microbiology. 2015;51(4):381-387. (In Russ.)]. https://doi.org/10.7868/S0555109915040145.
  13. Проворов Н.А., Тихонович И.А., Воробьев Н.И. Симбиоз и симбиогенез. – СПб.: Информ-Навигатор, 2018. – 464 с. [Provorov NA, Tikhonovich IA, Vorobyov NI. Simbioz i simbiogenez. Saint Petersburg: Inform-Navigator; 2018. 464 p. (In Russ.)]
  14. Gross J, Bhattacharya D. Mitochondrial and plastid evolution in eukaryotes: an outsiders’ perspective. Nature Reviews in Genetics. 2009;10(7):495-505. https://doi.org/10.1038/nrg2610.
  15. Smith DR, Lee RW. A plastid without a genome: evidence from the non-photosynthetic green algal genus Polytomella Plant Physiology. 2014;164(4):1812-19. https://doi.org/10.1104/pp.113.233718.
  16. Проворов Н.А., Тихонович И.А., Воробьев Н.И. Симбиогенез как модель для реконструкции ранних этапов эволюции генома // Генетика. – 2016. – Т. 52. – № 2. – С. 137–145. [Provorov NA, Ti khonovich IA, Vorobyov NI. Symbiogenesis as a model for reconstructing the early stages of genome evolution. Russian Journal of Genetics. 2016;52(2): 117-124. (In Russ.)]. https://doi.org/10.7868/S0016675816020107.
  17. Проворов Н.А., Онищук О.П. Эволюционно-генетические основы симбиотической инженерии растений: мини-обзор // Сельскохозяйственная биология. – 2018. – Т. 53. – № 3. – С. 464–474. [Provorov NA, Onishchuk OP. Evolutionary-genetic bases for symbiotic engineering in plants. Sel’skokhozyaistvennaya Biologiya. 2018;53(3):464-474. (In Russ.)]. https://doi.org/10.15389/agrobiology.2018.3.464eng.
  18. Deusch O, Landan G, Roettger M, et al. Genes of cyanobacterial origin in plant nuclear genomes point to a heterocyst-forming plastid ancestor. Molecular Biology and Evolution. 2008;25(4):748-761. https://doi.org/10.1093/molbev/msn022.
  19. Georgiades K, Raoult D. The rhizome of Reclinomonas americana, Homo sapiens, Pediculus humanus and Saccharomyces cerevisiae mitochondria. Biology Direct. 2011;6:55. https://doi.org/10.1186/1745-6150-6-55.
  20. López-Torrejón G, Jiménez-Vicente E, María Buesa J, et al. Expression of a functional oxygen-labile nitrogenase component in the mitochondrial matrix of aerobically grown yeast. Nature Communication. 2016;7. https://doi.org/10.1038/ncomms11426.
  21. Rogers C, Oldroyd GED. Synthetic biology approaches to engineering the nitrogen symbiosis in cereals. Journal of Experimental Botany. 2014;65(8):1939-1946. https://doi.org/10.1093/jxb/eru098.
  22. Saikia SP, Jain V, Khetarpal S, Aravind S. Dinitrogen fixation activity of Azospirillum brasilense in maize (Zea mays). Current Science. 2007;93:1296-1300.
  23. Madsen LH, Tirichine L, Jurkiewicz A, et al. The molecular network governing nodule organogenesis and infection in the model legume Lotus japonicas. Nature Communications. 2010;1(1):1-12. https://doi.org/10.1038/ncomms1009.
  24. Gibson DG, Glass JI, Lartigue C, et al. Creation of a bacterial cell controlled by a chemically synthesized genome. Science. 2010;329(5987):52-56. https://doi.org/10.1126/science.1190719.

© Проворов Н.А., Тихонович И.А., 2019

Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International License.
 


Данный сайт использует cookie-файлы

Продолжая использовать наш сайт, вы даете согласие на обработку файлов cookie, которые обеспечивают правильную работу сайта.

О куки-файлах