Адаптивная и прогрессивная эволюциярастительно-микробного симбиоза

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

У N2-фиксирующих симбионтов бобовых растений (ризобий) эволюция полезных для хозяина(«альтруистических») признаков происходит в популяциях, колонизирующих субклеточные компартменты клубеньков (инфекционные нити, симбиосомы). Эти компартменты возникают в результате коэволюции партнеров, которая связана с усложнением трофических и регуляторных взаимодействий, определяющих экологическую эффективность симбиоза. Их анализ позволяет изучать соотношение механизмов адаптивной и прогрессивной эволюции симбиоза, которое остается неясным для свободно-живущих организмов

Об авторах

Николай Александрович Проворов

Государственное научное учреждение Всероссийский научно-исследовательский институт сельскохозяйственной микробиологии Россельхозакадемии

Email: provorov@newmail.ru
заместитель директора по научной работе, доктор биологических наук

Николай Иванович Воробьев

Государственное научное учреждение Всероссийский научно-исследовательский институт сельскохозяйственной микробиологии Россельхозакадемии

Email: vorobyov@arriam.spb.ru
кандидат технических наук, руководитель группы биоинформатики и математического моделирования

Список литературы

  1. Берг Л. С., 1977. Труды по теории эволюции. Л.: Наука. 438 c.
  2. Воробьев Н. И., Проворов Н. А., 2010. Моделирование эволюции бобово-ризобиального симбиоза на повышение функциональной интегрированности партнеров и экологической эффективности их взаимодействия // Экол. генетика. Т. 8. № 3. С. 16–26.
  3. Воробьева Е. И., 2006. Проблема целостности организма и ее перспектива // Изв. РАН. Сер. Биол. № 5. С. 530–540.
  4. Иорданский Н. Н., 2010. Чарлз Дарвин и проблема эволюционного прогресса // Журн. общей биологии. Т. 71. № 6. С. 488–496.
  5. Майр Э., 1973. Популяции, виды и эволюция. М.: Мир. 460c.
  6. Назаров В. И., 2005. Эволюция не по Дарвину. М.: КомКнига. 520 с.
  7. Попов И. Ю., 2005. Ортогенез против дарвинизма. СПб.: Изд-во СПбГУ. 207 с.
  8. Проворов Н. А., 1992. Взаимосвязь между таксономией бобовых и специфичностью их взаимодействия с клубеньковыми бактериями // Ботанич. журн. Т. 77. № 8. С. 21–32.
  9. Проворов Н. А., 2005. Молекулярные основы симбиогенной эволюции: от свободноживущих бактерий к органеллам // Журн. общей биологии. Т. 66. № 5. C. 371–388.
  10. Проворов Н. А., Воробьев Н. И., 2010. Роль горизонтального переноса генов в эволюции клубеньковых бактерий, направляемой растением-хозяином //Успехи соврем. биол. Т. 130. № 4. С. 336–345.
  11. Проворов Н. А., Воробьев Н. И., 2012 а. Коэволюция партнеров и целостность симбиотических систем // Журн. общей биологии. Т. 73. № 1. С. 21–36.
  12. Проворов Н. А., Воробьев Н. И., 2012b. Генетические основы эволюции растительно-микробного симбиоза. Под ред. И. А. Тихоновича. СПб.: Информ-Навигатор. 400 с.
  13. Проворов Н. А., Тихонович И. А., 2003. Эколого-генетические принципы селекции растений на повышение эффективности взаимодействия с микроорганизмами // С.-х. биология. № 3. С. 11–25.
  14. Тимофеев-Ресовский Н. В., Воронцов Н. Н., Яблоков А. В., 1977. Краткий очерк теории эволюции. 2-е издание. М.: Наука. 300 с.
  15. Тихонович И. А., Проворов Н. А., 2012. Развитие подходов симбиогенетики для изучения изменчивости и наследственности надвидовых систем // Генетика. Т. 48. № 4. С. 437–450.
  16. Цыганова А. В., Цыганов В. Е., Борисов А. Ю. и др., 2009. Сравнительный цитохимический анализ распределения перекиси водорода в клубеньках мутанта гороха SGEFix–-1 (sym40) и исходной линии SGE // Экол. генетика. Т. 7. С. 3–9.
  17. Шмальгаузен И. И., 1982. Организм как целое в индивидуальном и историческом развитии. М.: Наука. 383 с.
  18. Шмальгаузен И. И., 1983. Пути и закономерности эволюционного процесса. М.: Наука. 359 с.
  19. Яковлев Г. П., 1991. Бобовые земного шара. Л.: Наука. 192 с.
  20. Borisov A., Rozov S. M., Tsyganov V. E. et al., 1997. Sequential functioning of Sym-13 and Sym-31, two genes affecting symbiosome development in root nodules of pea (Pisum sativum L.) // Mol. Gen. Genet. Vol. 254. P. 592–598.
  21. Brewin N. J., 1991. Development of the legume root nodule // Ann. Rev. Cell Biol. Vol. 7. P. 191–226.
  22. Brewin N. J., 2004. Plant cell wall remodeling in the Rhizobium-legume symbiosis // Crit. Rev. Plant Sci.Vol. 23. P. 1–24.
  23. Bronstein J. L., 2009. The evolution of facilitation and mutualism // J. Ecol.Vol. 97. P. 1160–1170.
  24. Bryan J. A., Berlyn G. P., Gordon J. C., 1996. Towards a new concept of the evolution of symbiotic nitrogen fixation in the Leguminosae // Plant and Soil. Vol. 186. P. 151–159.
  25. Cheng J., Sibley C. D., Zaheer R., Finan T. M., 2007. A Sinorhizobium minE mutant has an altered morphology and exhibits defects in legume symbiosis // Microbiology. Vol. 153. P. 375–387.
  26. de Bary A., 1879. Die Erscheinung der Symbiose. Strassburg: Verlag Von Karl J Trübner. 30 s.
  27. Denison R. F., Kiers E. T., 2004a. Lifestyle alternatives for rhizobia: mutualism, parasitism and foregoing symbiosis // FEMS Microbiol. Lett. Vol. 237. P. 187–193.
  28. Denison R. F., Kiers E. T., 2004b. Why are most rhizobia beneficial to their plant hosts, rather than parasitic? // Microbes and Infection. Vol. 6. P. 1235–1239.
  29. Dodd I. C., Zinovkina N. Y., Safronova V. I., Belimov A. A., 2010. Rhizobacterial mediation of plant hormone status // Ann. Appl. Biol. Vol. 157. P. 361–379.
  30. Douglas A. E., 1994. Symbiotic interactions. Oxford. Univ. Press: Oxford, New York, Toronto. 190 p.
  31. Downie J. A., Young J. P. W., 2001. The ABC of symbiosis // Nature.Vol. 412.P. 597–598.
  32. Doyle J. J., Chappill J. A., Bailey C. D., Kajita T., 2000. Towards a comprehensive phylogeny of legumes: evidence from rbcL sequences and non-molecular data //Advances in legume systematics / Eds. P. S. Herendeen, A. Bruneau. Roy. Botan. Gardens: Key. P. 1–20.
  33. Filipcenko J., 1927. Variabilität und Variation, Berlin, Bornträger.
  34. Franche C., Lindstrom K., Elmerich C., 2009. Nitrogen-fixing bacteria associated with leguminous and non-leguminous plants // Plant and Soil. Vol. 321. P. 35–59.
  35. Frank S. A., 1994. Genetics of mutualism: the evolution of altruism between species // J. Theor. Biol. Vol. 170. P. 393–400.
  36. Heinrich K., Ryder M. H., Murphy P. J., 2001. Early production of rhizopine in nodules induced by Sinorhizobium meliloti strain L5–30 // Can. J. Microbiol. Vol. 47.P. 165–171.
  37. Janzen D. H., 1980. When is it coevolution? // Evolution. Vol. 34.P. 611–612.
  38. Kalevitch M. V., Kefeli V. I., Borsari B. et al., 2004. Final version chemical signaling during organisms’ growth and development // J. Cell. Molec. Biol. Vol. 3. P. 95–102.
  39. Karunakaran R., Haag A. F., East A. K. et al., 2010.BacA is essential for bacteroid development in nodules of Galegoid, but not Phaseoloid legumes // J. Bacteriol. Vol. 192. P. 2920–2928.
  40. Krishnan H. B., Chronis D., 2008. Functional nodFE genes are present in Sinorhizobium sp. strain MUS10, a symbiont of the tropical legume Sesbania rostrata //Appl. Environ. Microbiol. Vol. 74.P. 2921–2923.
  41. Maillet F., Poinsot V., Andre O. et al., 2011. Fungal lipochitooligosaccharide symbiotic signals in arbuscular mycorrhiza // Nature. Vol. 469. P. 58–65.
  42. Margulis L., 2010. Symbiogenesis. A new principle of evolution rediscovery of Boris Mikhaylovich Kozo-Polyansky (1890–1957) // Charles Darwin and modern biology / Ed. E. I. Kolchinsky. Nestor-Historia: St.-Petersburg, Russia. P. 34–48.
  43. Margulis L., Sagan D., 2002. Acquiring genomes. A theory of the origins of species. Basic Books, New York.
  44. Markmann K., Parniske M., 2008. Evolution of root endosymbiosis with bacteria: how novel are nodules? //Trends in Plant Sci. Vol. 14. P. 77–86.
  45. Mergaert P., Uchiumi T., Alunni B. et al., 2006. Eukaryotic control on bacterial cell cycle and differentiation in the Rhizobium–legume symbiosis // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. Vol. 103. P. 5230–5235.
  46. Michod R. D., Roze D., 1997. Transitions in individuality // Proc. Roy. Soc. Lond. B. Vol. 264. P. 953–857.
  47. Oono R., Denison R. F., Kiers E. T., 2009. Controlling the reproductive fate of rhizobia: how universal are legume sanctions? // New Phytol. Vol. 183. P. 967–979.
  48. Parniske M., 2008. Arbuscular mycorrhiza: the mother of plant root endosymbioses // Nature. Rev. Microbiol.Vol. 6. P. 763–775.
  49. Provorov N. A., 1998. Coevolution of rhizobia with legumes: facts and hypotheses // Symbiosis. Vol. 24. P. 337–367.
  50. Provorov N. A., Vorobyov N. I., 2000. Population genetics of rhizobia: construction and analysis of an “infection and release” model // J. Theor. Biol. Vol. 205. P. 105–119.
  51. Provorov N. A., Vorobyov N. I., 2006. Interplay of Darwinian and frequency-dependent selection in the host-associated microbial populations // Theor. Popul. Biol.Vol. 70. P. 262–272.
  52. Provorov N. A., Vorobyov N. I., 2008. Equilibrium between the “genuine mutualists” and “symbiotic cheaters” in the bacterial population co-evolving with plants in a facultative symbiosis // Theor. Popul. Biol.Vol. 74. P. 345–355.
  53. Provorov N. A., Vorobyov N. I., 2009. Host plant as on organizer of microbial evolution in the beneficial symbioses // Phytochem. Rev. Vol. 8. P. 519–534.
  54. Provorov N. A., Vorobyov N. I., 2010a. Evolutionary genetics of plant-microbe symbioses. Ed. by I. A. Tikhonovich. NOVA Sci. Publ.: New York. 290 p.
  55. Provorov N. A., Vorobyov N. I., 2010b. Simulation of evolution implemented in the mutualistic symbioses towards enhancing their ecological efficiency, functional integrity and genotypic specificity // Theor. Popul. Biol. Vol. 78. P. 259–269.
  56. Provorov N. A., Vorobyov N. I., 2012. Reconstruction of the adaptively advantages macro-evolutionary events in the mutualistic symbioses // Evolutionary Biology: Mechanisms and Trends / Ed. P. Pontarotti. Springer: Heidelberg, New York, Dordrecht, London. P. 169–188.
  57. Rodriguez R. J., Freeman D. C., McArthur E. D. et al., 2009. Symbiotic regulation of plant growth, development and reproduction // Commun. Integrat. Biol. Vol. 2. P. 141–143.
  58. Seckbach J., 2002. Symbiosis: mechanisms and model systems. Kluwer Acad. Publ.: Dordrecht, Boston, London. 800 p.
  59. Shtark O. Y., Borisov A. Y., Zhukov V. A. et al., 2010. Intimate associations of beneficial soil microbes with host plants // Soil Microbiology and Sustainable Crop Production / Eds. R. Dixon, E. Tilston. Springer: Berlin, Heidelberg. P. 119–196.
  60. Sprent J. I., 2001. Nodulation in legumes. Cromwell Press Ltd: Kew. 110 p.
  61. Sprent J. I., 2007. Evolving ideas of legume evolution and diversity: a taxonomic perspective on the ocurrence of nodulation // New Phytol. Vol. 174. P. 11–25.
  62. Stougaard J., 2001. Genetics and genomics of root symbiosis // Curr. Opin. Plant Biol. Vol. 4. P. 328–335.
  63. Tikhonovich I. A., Provorov N. A., 2009. From plant-microbe interactions to symbiogenetics: a universal paradigm for the inter-species genetic integration //Ann. Appl. Biol. Vol. 154. P. 341–350.
  64. Tikhonovich I. A., Provorov N. A., 2011. Microbiology is the basis of sustainable agriculture: an opinion //Ann. Appl. Biol. Vol. 159. P. 155–168.
  65. Timmers A. C. S., Soupene E., Auriac M. C. et al., 2000. Saprophytic intracellular rhizobia in alfalfa nodules //Mol. Plant-Microbe Interact. Vol. 13. P. 1204–1213.
  66. Tort L., Balasch J. C., Mackenzie S., 2003. Fish immune system. The crossroads between innate and adaptive responses // Immunologia. Vol. 22. P. 277–286.
  67. Tsyganov V. E., Voroshilova V. A., Herrera-Cervera J. A. et al., 2003. Developmental down-regulation of rhizobial genes as a function of symbiosome differentiation in symbiotic root nodules of Pisum sativum L. //New Phytol. Vol. 159. P. 521–530.
  68. Udvardi M. K., Kahn M. L., 1992. Evolution of the (Brady) Rhizobium-legume symbiosis: why do bacteroids fix nitrogen? // Symbiosis. Vol. 14. P. 87–101.
  69. Van de Velde W., Zehirov G., Szatmari A. et al., 2010. Plant peptides govern terminal differentiation of bacteria in symbiosis // Science. Vol. 327. P. 1122–1126.
  70. Van Ham R. C., Kamerbeek J., Palacios C. et al., 2003. Reductive genome evolution in Buchnera aphidicola //Proc. Natl. Acad. Sci. USA. Vol. 100. P. 581–586.
  71. Veening J. W., Stewart E. J., Berngruber T. W. et al., 2008. Bet-hedging and epigenetic inheritance in bacterial cell development // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. Vol. 105. P. 4393–4398.
  72. Wang D., Yang S., Tang F., Zhu H., 2012. Symbiosis specificity in the legume–rhizobial mutualism // Cell. Microbiol. Vol. 14. P. 334–342.
  73. Young J. P. W., Crossman L. C., Johnston A. W. B. et al., 2006. The genome of Rhizobium leguminosarum has recognizable core and accessory components //Genome Biol. Vol. 7. P. 34.
  74. Zilber-Rosenberg I., Rosenberg E., 2008. Role of microorganisms in the evolution of animals and plants: the hologenome theory of evolution // FEMS Microbiol. Rev. Vol. 32. P. 723–735.

© Проворов Н.А., Воробьев Н.И., 2013

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