Филогенетическая характеристика клубеньковых бактерий эндемичных для Южного Урала видов рода Oxytropis (fabaceae)

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Проведен анализ полиморфизма и филогении клубеньковых бактерий эндемичных для Южного Урала четырех видов бобовых растений рода Oxytropis секции Orobia: O. kungurensis, O. baschkiriensis, O. approximata, O. gmelinii, характеризующихся пространственной разобщенностью мест произрастания, также называемой сегрегацией растений. Показано, что несмотря на определенные филогенетические различия бактерий, все они относятся к роду Mesorhizobium. Анализ симбиотических генов исследуемых штаммов на основании сравнительного анализа последовательностей генов nifH и nodC выявил определенные различия их филогении с коровой частью генома. Обнаружено, что микросимбионты растений O. baschkiriensis по филогении гена nodC отличаются от ризобий, полученных из клубеньков других изученных видов рода Oxytropis и близки к микросимбионтам растений рода Lupinaster, произрастающих на Южном Урале. Приобретение свойства вступать в симбиоз с клубеньковыми бактериями, характерными для растений рода Lupinaster, могло быть следствием сегрегации O. baschkiriensis от других родственных видов рода Oxytropis.

Об авторах

Андрей Ханифович Баймиев

Федеральное государственное бюджетное научное учреждение Уфимский федеральный исследовательский центр Российской академии наук

Автор, ответственный за переписку.
Email: baymiev@anrb.ru
ORCID iD: 0000-0001-6637-9365
SPIN-код: 1919-5236
ResearcherId: R-9219-2016

д-р биол. наук, ведущий научный сотрудник лаборатории биоинженерии растений и микроорганизмов

Россия, Уфа

Анастасия Андреевна Владимирова

Федеральное государственное бюджетное научное учреждение Уфимский федеральный исследовательский центр Российской академии наук

Email: vladimirovaw@bk.ru
SPIN-код: 2059-9396

аспирант лаборатории биоинженерии растений и микроорганизмов

Россия, Уфа

Екатерина Сергеевна Акимова

Федеральное государственное бюджетное научное учреждение Уфимский федеральный исследовательский центр Российской академии наук

Email: iv.katerina-bio@yandex.ru

канд. биол. наук, научный сотрудник лаборатории биоинженерии растений и микроорганизмов

Россия, Уфа

Роман Сергеевич Гуменко

Федеральное государственное бюджетное научное учреждение Уфимский федеральный исследовательский центр Российской академии наук

Email: r.gumenko@yandex.ru
SPIN-код: 4216-4301

младший научный сотрудник лаборатории биоинженерии растений и микроорганизмов

Россия, Уфа

Альберт Акрамович Мулдашев

Федеральное государственное бюджетное научное учреждение Уфимский федеральный исследовательский центр Российской академии наук

Email: muldashev_ural@mail.ru
SPIN-код: 1362-7915
Scopus Author ID: 6508160098
ResearcherId: S-3970-2017

канд. биол. наук, старший научный сотрудник лаборатории геоботаники и охраны растительности

Россия, Уфа

Алексей Викторович Чемерис

Федеральное государственное бюджетное научное учреждение Уфимский федеральный исследовательский центр Российской академии наук

Email: chemeris@anrb.ru
SPIN-код: 1248-2582
Scopus Author ID: 7003329432

д-р биол. наук, главный научный сотрудник лаборатории биоинженерии растений и микроорганизмов

Россия, Уфа

Алексей Ханифович Баймиев

Федеральное государственное бюджетное научное учреждение Уфимский федеральный исследовательский центр Российской академии наук

Email: baymiev@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-0606-6740
SPIN-код: 3771-4063
Scopus Author ID: 6507372280
ResearcherId: R-8393-2016

д-р биол. наук, заведующий лабораторией биоинженерии растений и микроорганизмов

Россия, Уфа

Список литературы

  1. Тихонович И.А., Борисов А.Ю., Цыганов В.Е., и др. Интеграция генетических систем растений и микроорганизмов при симбиозе // Успехи современной биологии. – 2005. – Т. 125. – № 3. – С. 227–238. [Tihonovich IA, Borisov AYu, Cyganov VE, et al. Integration of plant and microbial genetic systems in symbiosis. Advances in modern biology. 2005;125(3):227-238. (In Russ.)]
  2. Проворов Н.А. Специфичность взаимодействия клубеньковых бактерий с бобовыми растениями и эволюция бобово-ризобиального симбиоза // Сельскохозяйственная биология. – 1985. – Т. 20. – № 3. – С. 34–47. [Provorov NA. Specifichnost’ vzaimodejstviya kluben’kovyh bakterij s bobovymi rasteniyami i evolyuciya bobovo-rizobial’nogo simbioza. Sel’skokhoziaistvennaia biologiia. 1985;20(3):34-47. (In Russ.)]
  3. Парийская А.Н., Клевенская И.Л. Распространение в природе и возможные пути эволюции азотфиксирующего симбиоза // Успехи микробиологии. – 1979. – Т. 14. – С. 124–147. [Parijskaya AN, Klevenskaya IL. Rasprostranenie v prirode i vozmozhnye puti evolyucii azotfiksiruyushchego simbioza. Uspekhi mikrobiologii. 1979;14:124-147. (In Russ.)]
  4. La Pierre KJ, Simms EL, Tariq M, et al. Invasive legumes can associate with many mutualists of native legumes, but usually do not. Ecol Evol. 2017;7(20):8599-8611. https://doi.org/10.1002/ece3.3310.
  5. Simonsen AK, Dinnage R, Barrett LG, et al. Symbiosis limits establishment of legumes outside their native range at a global scale. Nat Commun. 2017;8:14790. https://doi.org/10.1038/ncomms14790.
  6. Князев М.С. Бобовые (Fabaceae LINDL.) Урала: видообразование, географическое распространение, историко-экологические свиты: Автореф. дис. … докт. биол. наук. – СПб., 2015. – 40 с. [Knyazev MS. Bobovyye (Fabaceae LINDL.) Urala: vidoobrazovaniye, geograficheskoye rasprostraneniye, istoriko-ekologicheskiye svity. [dissertation abstract] Saint Petersburg; 2015. 40 р. (In Russ.)]. Доступно по: https://search.rsl.ru/ru/record/01005560640. Ссылка активна на 02.02.2020.
  7. Баймиев А.Х., Птицын К.Г., Баймиев А.Х. Влияние интродукции караганы древовидной на состав ее клубеньковых бактерий // Микробиология. – 2010. – Т. 79. – № 1. – С. 123–128. [Baymiev AnK, Ptitsyn KG, Baimiev AlK. Influence of the introduction of Caragana arborescenson the composition of its root nodule bacteria. Microbiology. 2010;79(1):123-128. (In Russ.)]. https://doi.org/10.1134/S0026261710010157.
  8. Williams JG, Kubelik AR, Livak KJ, et al. DNA polymorphisms amplified by arbitrary primers are useful as genetic markers. Nucleic Acids Res. 1990;18(22):6531-6535. https://doi.org/10.1093/nar/18.22.6531.
  9. Laguerre G, Mavingui P, Allard MR, et al. Typing of rhizobia by PCR DNA fingerprinting and PCR-restriction fragment length polymorphism analysis of chromosomal and symbiotic gene regions: application to Rhizobium leguminosarum and its different biovars. Appl Environ Microbiol. 1996;62(6):2029-2036. https://doi.org/10.1128/aem.62.6.2029-2036.1996.
  10. Weisburg WG, Barns SM, Pelletier DA, Lane DJ. 16S ribosomal DNA amplification for phylogenetic study. J Bacteriol. 1991;173(2):697-703. https://doi.org/10.1128/jb.173.2.697-703.1991.
  11. Баймиев А.Х., Иванова Е.С., Гуменко Р.С., и др. Анализ симбиотических генов клубеньковых бактерий бобовых растений Южного Урала // Генетика. – 2015. – Т. 51. – № 12. – С. 1359–1367. [Baymiev AK, Ivanova ES, Gumenko RS, et al. Analysis of symbiotic genes of leguminous root nodule bacteria grown in the Southern Urals. Genetika. 2015;51(12): 1359-1367. (In Russ.)]. https://doi.org/10.7868/ S001667581511003X.
  12. Проворов Н.А. Эволюция генетических систем симбиоза у клубеньковых бактерий // Генетика. – 1996. – Т. 32. – № 8. – С. 1029–1040. [Provorov NA. Evolution of symbiotic genetic systems in rhizobia. Genetika. 1996;32(8):1029-1040. (In Russ.)]
  13. Franche C, Lindström K, Elmerich C. Nitrogen-fixing bacteria associated with leguminous and non-leguminous plants. Plant and Soil. 2009;321(1-2):35-59. https://doi.org/10.1007/s11104-008-9833-8.
  14. Fischer HM. Genetic regulation of nitrogen fixation in rhizobia. Microbiol Rev. 1994;58(3): 352-386. https://doi.org/10.1128/mmbr.58.3. 352-386.1994.
  15. Проворов Н.А., Воробьев Н.И. Эволюционная генетика клубеньковых бактерий: молекулярные и популяционные аспекты // Генетика. – 2000. – Т. 36. – № 12. – С. 1573–1587. [Provorov NA, Vorob’ev NI. Evolutionary genetics of nodule bacteria: Molecular and population aspects. Genetika. 2000;36(12):1573-1587. (In Russ.)]
  16. Nandasena KG, O’hara GW, Tiwari RP, Howieson JG. Rapid in situ evolution of nodulating strains for Biserrula pelecinus L. through lateral transfer of a symbiosis island from the original mesorhizobial inoculant. Appl Environ Microbiol. 2006;72(11):7365-7367. https://doi.org/10.1128/AEM.00889-06.
  17. Andam CP, Mondo SJ, Parker MA. Monophyly of nodA and nifH genes across Texan and Costa Rican populations of Cupriavidus nodule symbionts. Appl Environ Microbiol. 2007;73(14): 4686-4690. https://doi.org/10.1128/AEM. 00160-07.
  18. Barcellos FG, Menna P, da Silva Batista JS, Hungria M. Evidence of horizontal transfer of symbiotic genes from a Bradyrhizobium japonicum inoculant strain to indigenous diazotrophs Sinorhizobium (Ensifer) fredii and Bradyrhizobium elkanii in a Brazilian Savannah soil. Appl Environ Microbiol. 2007;73(8):2635-2643. https://doi.org/10.1128/AEM.01823-06.
  19. Zhao CT, Wang ET, Chen WF, Chen WX. Diverse genomic species and evidences of symbiotic gene lateral transfer detected among the rhizobia associated with Astragalus species grown in the temperate regions of China. FEMS Microbiol Lett. 2008;286(2):263-273. https://doi.org/10.1111/j.1574-6968.2008.01282.x.
  20. Bailly X, Olivieri I, Brunel B, et al. Horizontal gene transfer and homologous recombination drive the evolution of the nitrogen-fixing symbionts of Medicago species. J Bacteriol. 2007;189(14):5223-5236. https://doi.org/10.1128/JB.00105-07.
  21. Freiberg C, Fellay R, Bairoch A, et al. Molecular basis of symbiosis between Rhizobium and legumes. Nature. 1997;387(6631):394-401. https://doi.org/10.1038/387394a0.
  22. Estrella MJ, Muñoz S, Soto MJ, et al. Genetic diversity and host range of rhizobia nodulating Lotus tenuis in typical soils of the Salado River Basin (Argentina). Appl Environ Microbiol. 2009;75(4):1088-1098. https://doi.org/10.1128/AEM.02405-08.
  23. Marchetti M, Capela D, Glew M, et al. Experimental evolution of a plant pathogen into a legume symbiont. PLoS Biol. 2010;8(1): e1000280. https://doi.org/10.1371/journal.pbio. 1000280.
  24. Zaneveld JR, Nemergut DR, Knight R. Are all horizontal gene transfers created equal? Prospects for mechanism-based studies of HGT patterns. Microbiology. 2008;154(Pt 1):1-15. https://doi.org/10.1099/mic.0.2007/011833-0.
  25. Provorov NA, Vorobyov NI. Simulation of legume-rhizobia symbiosis evolution under the multi-strain competition of bacteria for inoculation of symbiotic habitats. Ecol Gen. 2008;6(4):3-11. https://doi.org/10.17816/ecogen643-11.
  26. Проворов Н.А., Воробьев Н.И. Роль горизонтального переноса генов в эволюции клубеньковых бактерий, направляемой растением-хозяином // Успехи современной биологии. – 2010. – Т. 130. – № 4. – С. 336–345. [Provorov NA, Vorob’ev NI. Impact of horizontal gene transfer on evolution of root nodule bacteria directed by host plant. Advances in modern biology. 2010;130(4):336-345. (In Russ.)]
  27. Баймиев А.Х., Акимова Е.С., Гуменко Р.С., и др. Генетическое разнообразие и филогения клубеньковых бактерий, выделенных из клубеньков растений рода Lupinaster, произрастающих на Южном Урале // Генетика. – 2019. – Т. 55. – № 1. – С. 52–59. [Baymiev AK, Akimova ES, Gumenko RS, et al. Genetic diversity and phylogeny of root nodule bacteria isolated from nodules of plants of the Lupinaster genus inhabiting the Southern Urals. Genetika. 2019;55(1): 52-59. (In Russ.)]. https://doi.org/10.1134/S00166 75819010028.
  28. Князев М.С. Заметки по систематике и хорологии видов рода Oxytropis (Fabaceae) на Урале. II. Виды родства Oxytropis ambigua // Ботанический журнал. – 2001. – Т. 86. – № 1. – С. 126–134. [Knyazev MS. Zametki po sistematike i horologii vidov roda Oxytropis (Fabaceae) na Urale. II. Vidy rodstva Oxytropis ambigua. Botanicheskiy zhurnal. 2001;86(1): 126-134. (In Russ.)]
  29. Акулова З.В., Бобров Е.Г., Васильева Л.И., и др. Флора европейской части СССР. Т. VI / отв. ред. А.А. Федоров. – Л.: Наука, 1987. – 254 с. [Akulova ZV, Bobrov EG, Vasil’eva LI, et al. Flora evropeyskoy chasti SSSR. Vol. VI. Ed by A.A. Fedorov. Leningrad: Nauka; 1987. 254 р. (In Russ.)]
  30. Карасев Е.С., Чижевская Е.П., Симаров Б.В., и др. Сравнительный анализ филогений симбиотических генов клубеньковых бактерий с использованием метадеревьев // Сельскохозяйственная биология. – 2017. – Т. 52. – № 5. – С. 995–1003. [Karasev ES, Chizhevskaya EP, Simarov BV, et al. Comparative phylogenetic analysis of symbiotic genes of different nodule bacteria groups using the metatrees method. Sel’skokhoziaistvennaia biologiia. 2017;52(5):995-1003. (In Russ.)]. https://doi.org/10.15389/agrobiology.2017.5.995rus.
  31. Карасев Е.С., Андронов Е.Е., Аксенова Т.С., и др. Эволюции ризобий козлятника (Neorhizobium galegae): анализ полиморфизма генов фиксации азота и развития клубеньков // Генетика. – 2019. – Т. 55. – № 2. – С. 234–238. [Karasev ES, Andronov EE, Aksenova TS, et al. Evolution of Goat’s Rue Rhizobia (Neorhizobium galegae): analysis of polymorphism of the nitrogen fixation and nodule formation genes. Genetika. 2019;55(2): 234-238. (In Russ.)]. https://doi.org/10.1134/S001667581902 0085.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Фореграмма RAPD-анализа ДНК ризобий, изолированных из клубеньков O. kungurensis. Цифрами обозначены номера генетически однородных групп. М — маркер 100 п. н.

Скачать (86KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Филогенетическое древо клубеньковых бактерий, построенное на основании сравнительного анализа последовательностей гена 16S рРНК. Жирным шрифтом отмечены штаммы микроорганизмов, исследованных в данной работе, подчеркиванием обозначены штаммы, выделенные из клубеньков L. pentaphyllus и L. Albus

Скачать (240KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Филогенетическое древо клубеньковых бактерий, построенное на основании сравнительного анализа последовательностей гена recA. Жирным шрифтом отмечены штаммы микроорганизмов, исследованных в данной работе, подчеркиванием обозначены штаммы, выделенные из клубеньков L. pentaphyllus и L. albus

Скачать (262KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Филогенетическое древо клубеньковых бактерий, построенное на основании сравнительного анализа последовательностей гена nifH. Жирным шрифтом отмечены штаммы микроорганизмов, исследованных в данной работе, подчеркиванием обозначены штаммы, выделенные из клубеньков L. pentaphyllus и L. Albus

Скачать (214KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Филогенетическое древо клубеньковых бактерий, построенное на основании сравнительного анализа последовательностей гена nodC. Жирным шрифтом отмечены штаммы микроорганизмов, исследованных в данной работе, подчеркиванием обозначены штаммы, выделенные из клубеньков L. pentaphyllus и L. albus

Скачать (249KB)
Метаданные

© Баймиев А.Х., Владимирова А.А., Акимова Е.С., Гуменко Р.С., Мулдашев А.А., Чемерис А.В., Баймиев А.Х., 2020

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