Создание индуцируемой векторной системы на основе промотора гена nodA ризобий

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Введение. Возможность изменения свойств ризобиальных бактерий путем придания им способности регулировать экспрессию привнесенных в них дополнительно генов является актуальной задачей как для фундаментальной науки, так и для прикладной агробиологии, поскольку это позволит создавать микросимбионтов с заданными свойствами. Нами создана экспрессионная конструкция с применением регуляторной системы самих ризобий. Ген nodD ризобий кодирует регуляторный белок, который в присутствии растительных индукторов, флавоноидов, активирует транскрипцию nod-генов, участвующих в ранних этапах формирования бобово-ризобиального симбиоза.

Материалы и методы. Был получен вектор, содержащий ген nodD из Rhizobium leguminosarum bv. trifoli под регуляцией собственного промотора и ген gfp под регуляцией промотора гена nodA из того же организма.

Результаты. Показано, что в рекомбинантных штаммах ризобий Neorhizobium galegae CIAM 0702 синтетические флавоноиды способны в разной степени индуцировать экспрессию гена зеленого флуоресцентного белка GFP.

Выводы. В дальнейшем полученные результаты могут быть использованы для получения ризобиальных микроорганизмов с регулируемым синтезом ростостимулирующих и защитных веществ.

Об авторах

Ольга Вячеславовна Чубукова

Институт биохимии и генетики — обособленное структурное подразделение Федерального государственного бюджетного научного учреждения Уфимского федерального исследовательского центра Российской академии наук

Автор, ответственный за переписку.
Email: chubukova@bk.ru
ORCID iD: 0000-0001-7553-9527
SPIN-код: 3297-4830
ResearcherId: A-3397-2014

канд. биол. наук, научный сотрудник

Россия, 450054, Уфа, пр. Октября, д. 71

Зиля Рифовна Вершинина

Институт биохимии и генетики — обособленное структурное подразделение Федерального государственного бюджетного научного учреждения Уфимского федерального исследовательского центра Российской академии наук

Email: zilyaver@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-5480-5320
SPIN-код: 1866-7896

канд. биол. наук, научный сотрудник

Россия, 450054, Уфа, пр. Октября, д. 71

Рустам Тахирович Матниязов

Институт биохимии и генетики — обособленное структурное подразделение Федерального государственного бюджетного научного учреждения Уфимского федерального исследовательского центра Российской академии наук

Email: rmat@mail.ru
SPIN-код: 6798-7913

канд. биол. наук, научный сотрудник

Россия, 450054, Уфа, пр. Октября, д. 71

Андрей Ханифович Баймиев

Институт биохимии и генетики — обособленное структурное подразделение Федерального государственного бюджетного научного учреждения Уфимского федерального исследовательского центра Российской академии наук

Email: baymiev@anrb.ru
ORCID iD: 0000-0001-6637-9365
SPIN-код: 1919-5236

д-р биол. наук, ведущий научный сотрудник

Россия, 450054, Уфа, пр. Октября, д. 71

Алексей Ханифович Баймиев

Институт биохимии и генетики — обособленное структурное подразделение Федерального государственного бюджетного научного учреждения Уфимского федерального исследовательского центра Российской академии наук

Email: alex@anrb.ru
ORCID iD: 0000-0003-0606-6740
SPIN-код: 3771-4063

д-р биол. наук, заведующий лабораторией

Россия, 450054, Уфа, пр. Октября, д. 71

Список литературы

  1. Gopalakrishnan S., Sathya A., Vijayabharathi R., Varshney R.K., et al. Plant growth promoting rhizobia: challenges and opportunities // 3 Biotech. 2015. Vol. 5, No. 4. P. 355–377. doi: 10.1007/s13205-014-0241-x
  2. Баймиев А.Х., Гуменко Р.С., Владимирова А.А., и др. Искусственная активация экспрессии nif-генов у клубеньковых бактерий ex planta // Экологическая генетика. 2019. Т. 17, № 2. С. 35–42.
  3. Вершинина З.Р., Хакимова Л.Р., Лавина А.М., и др. Влияние конститутивной экспрессии гена rapA1 на образование бактериальных биопленок и ростостимулирующую активность ризобий // Микробиология. 2019. Т. 88, № 1. С. 62–71. doi: 10.1134/s0026365619010105
  4. Clua J., Roda C., Zaneti M.E., Blanco F.A. Compatibility between legumes and rhizobia for the establishment of a successful nitrogen fixing symbiosis // Genes (Basel). 2018. Vol. 9, No. 3. P. 125. doi: 10.3390/genes9030125
  5. Andrews M., Andrews M.E. Specificity in Legume-Rhizobia Symbioses // Int J Mol Sci. 2017. Vol. 18, No. 4. P. 705. doi: 10.3390/ijms18040705
  6. Lindström K., Mousavi S.A. Effectiveness of nitrogen fixation in rhizobia // Microb Biotechnol. 2020. Vol. 13, No. 5. P. 1314–1335. doi: 10.1111/1751-7915.13517
  7. Liu C.-W., Murray J.D. The Role of Flavonoids in Nodulation Host-Range Specificity: An Update // Plants-Basel. 2016. Vol. 5, No. 3. P. 33. doi: 10.3390/plants5030033
  8. Fauvart M., Michiels J. Rhizobial secreted proteins as determinants of host specificity in the rhizobium-legume symbiosis // FEMS Microbiol Lett. 2008. Vol. 285, No. 1. P. 1–9. doi: 10.1111/j.1574-6968.2008.01254.x
  9. Jiménez-Guerrero I., Acosta-Jurado S., Del Cerro P., et al. Transcriptomic Studies of the Effect of nod Gene-Inducing Molecules in Rhizobia: Different Weapons, One Purpose // Genes (Basel). 2018. Vol. 9, No. 1. P. 1. doi: 10.3390/genes9010001
  10. Hu H., Liu S., Yang Y., et al. In Rhizobium leguminosarum, NodD represses its own transcription by competing with RNA polymerase for binding sites // Nucleic Acids Res. 2000. Vol. 28, No. 14. P. 2784–2793. doi: 10.1093/nar/28.14.2784
  11. Rossen L., Shearman C.A., Johnston A.W.B., Downiel J.A. The nodD gene of Rhizobium leguminosarum is autoregulatory and in the presence of plant exudate induces the nodA, B, C genes // EMBO J. 1985. Vol. 4, No. 13A. P. 3369–3373. doi: 10.1002/j.1460-2075.1985.tb04092.x
  12. Spaink H.P., Okker R.J., Wijffelman C.A., et al. Promoters in the nodulation region of the Rhizobium leguminosarum Sym plasmid pRL1JI // Plant Mol Biol. 1987. Vol. 9, No. 1. P. 27–39. doi: 10.1007/BF00017984
  13. Begum A.A., Leibovitch S., Migner P., Zhang F. Specific flavonoids induced nod gene expression and pre-activated nod genes of Rhizobium leguminosarum increased pea (Pisum sativum L.) and lentil (Lens culinaris L.) nodulation in controlled growth chamber environments // J Exp Bot. 2001. Vol. 52, No. 360. P. 1537–1543. doi: 10.1093/jexbot/52.360.1537
  14. Maj D., Wielbo J., Marek-Kozaczuk M., Skorupska A. Response to flavonoids as a factor influencing competitiveness and symbiotic activity of Rhizobium leguminosarum // Microbiol Res. 2010. Vol. 165, No. 1. P. 50–60. doi: 10.1016/j.micres.2008.06.002
  15. Spaink H.P., Wijffelman C.A., Pees E., et al. Rhizobium nodulation gene nodD as a determinant of host specificity // Nature. 1987. Vol. 328. P. 337–340. doi: 10.1038/328337a0
  16. Suominen L., Luukkainen R., Roos C., Lindström K. Activation of the nodA promoter by the nodD genes of Rhizobium galegae induced by synthetic flavonoids or Galega orientalis root exudate // FEMS Microbiol Lett. 2003. Vol. 219, No. 2. P. 225–232. doi: 10.1016/s0378-1097(02)01206-5
  17. Hungria M., Johnston A.W., Phillips D.A. Effects of flavonoids release naturally from bean (Phaseolus vulgaris) on nodD-regulated gene transcription in Rhizobium leguminosarum bv. Phaseoli // Mol Plant Microbe Interact. 1992. Vol. 5, No. 3. P. 199–203. doi: 10.1094/mpmi-5-199
  18. Dakora F.D., Joseph C.M., Phillips D.A. Alfalfa (Medicago sativa L.) root exudates contain isoflavonoids in the presence of Rhizobium meliloti // Plant Physiol. 1993. Vol. 101, No. 3. P. 819–824. doi: 10.1104/pp.101.3.819.
  19. Janczarek M., Urbanik-Sypniewska T., Skorupska А. Effect of authentic flavonoids and the exudate of clover roots on growth rate and inducing ability of nod genes of Rhizobium leguminosarum bv. trifolii // Microbiol Res. 1997. Vol. 152, No. 1. P. 93–98. doi: 10.1016/s0944-5013(97)80028-6
  20. Feng J., Li Q., Hu H.L., et al. Inactivation of the nod box distal half-site allows tetrameric NodD to activate nodA transcription in an inducer-independent manner // Nucleic Acids Res. 2003. Vol. 31, No. 12. P. 3143–3156. doi: 10.1093/nar/gkg411
  21. Stacey G. Bradyrhizobium japonicum nodulation genetics. // FEMS Microbiol Lett. 1995. Vol. 127, No. 1–2. P. 1–9. doi: 10.1111/j.1574-6968.1995.tb07441.x
  22. Suominen L., Roos C., Lortet G., et al. Identification and structure of the Rhizobium galegae common nodulation genes: evidence for horizontal gene transfer // Mol Biol Evol. 2001. Vol. 18, No. 6. P. 907–916. doi: 10.1093/oxfordjournals.molbev.a003891
  23. Lin J.J. Electrotransformation of Agrobacterium // Methods Mol Biol. 1995. Vol. 47. P. 171–178. doi: 10.1385/0-89603-310-4:171.
  24. Mongiardini E.J., Ausmees N., Perez-Gimenez J., et al. The Rhizobial adhesion protein RapA1 is involved in adsorption of Rhizobia to plant roots but not in nodulation // FEMS Microbiol Ecol. 2008. Vol. 65, No. 2. P. 279–288. doi: 10.1111/j.1574-6941.2008.00467.x
  25. Towbin H., Staehelin T., Gordon J. Electrophoretic transfer of proteins from polyacrylamide gels to nitrocellulose sheets: procedure and some applications // Proc Natl Acad Sci USA. 1979. Vol. 76, No. 9. P. 4350–4354. doi: 10.1073/pnas.76.9.4350
  26. Thompson J.D., Higgins D.G., Gibson T.J. CLUSTAL W: improving the sensitivity of progressive multiple sequence alignment through sequence weighting, position-specific gap penalties and weight matrix choice // Nucleic Acids Res. 1994. Vol. 22, No. 22. P. 4673–4680. doi: 10.1093/nar/22.22.4673.
  27. Osterman J., Chizhevskaja E.P., Andronov E.E., et al. Galega orientalis is more diverse than Galega officinalis in Caucasus – whole-genome AFLP analysis and phylogenetics of symbiosis-related genes // Mol Ecol. 2011. Vol. 20, No. 22. P. 4808–4821. doi: 10.1111/j.1365-294x.2011.05291.x.
  28. Machado D., Pueppke S.G., Vinardell J.M., et al. Expression of nodD1 and nodD2 in Sinorhizobium fredii, a Nitrogen-Fixing Symbiont of Soybean and Other Legumes // Mol Plant Microbe Interact. 1998. Vol. 11, No. 5. P. 375–382. doi: 10.1094/mpmi.1998.11.5.375

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Схема организации nod-генов ризобий R. leguminosarum bv. trifoli, контролирующих образование клубеньков

Скачать (22KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Схема создания конструкций с геном nodD. Фрагмент ДНК R. leguminosarum bv. trifoli, содержащий последовательность гена nodD, включая промотор (PnodD) и промоторный участок nodA (PnodA), амплифицировали праймерами, в состав которых были введены сайты рестрикции BglII. Далее амплификат был порезан рестриктазой BglII и клонирован по сайту BamHI в векторе pTurboGFP-B. Из полученной конструкции pTurboNodDGFP фрагмент, включающий nodD + PnodA + gfp, был переклонирован по сайтам рестрикции ХhoI и DraI в плазмиду широкого круга хозяев pJN105. Конечной генно-инженерной конструкцией pJNNodDGFP трансформировали штамм ризобий N. galegae CIAM 0702

Скачать (90KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Вестерн-блот-анализ тотального белка из N. galegae, трансформированных плазмидой pJNNodDGFP, при воздействии разных индукторов (флавоноидов): 1 — белковые маркеры; 2 — контроль GFP, образец E. coli с плазмидой pTurboGFP-B; 3 — апигенин; 4 — таксифоллин; 5 — генистеин; 6 — кверцетин; 7 — гесперидин; 8 — N. galegae, с плазмидой pJNNodDGFP, без индуктора

Скачать (33KB)
Метаданные

© ООО "Эко-Вектор", 2021


 


Данный сайт использует cookie-файлы

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

О куки-файлах