By this author

Strain-specific markers of rhizobia from whole-genome sequencing data

Issue number 1 from 03.02.2025

Полевые испытания ризобиальных инокулянтов требуют использования простых и надежных методов идентификации используемых штаммов для выяснения того, какой именно штамм образовал азотфиксирующий клубенек. Эта задача возникает при испытании конкурентоспособности штаммов-инокулянтов по отношению к местным штаммам ризобий, для отслеживания судьбы штаммов-инокулянтов в длительные периоды после внесения штаммов, наконец, такие методы могут быть востребованы при защите прав собственников и разработчиков штаммов. Суть предлагаемого метода идентификации заключается в поиске штамм-специфичных участков ДНК, отсутствующих в других геномах этого же вида, и конструировании системы праймеров для мультиплексной ПЦР, позволяющей простую, надежную и быструю идентификацию штамма. Преимущества данного подхода по отношению к другим способам идентификации состоят, во-первых, в высокой воспроизводимости, а во-вторых, в том, что способ основан на детекции структурных вариантов, вклад которых в эволюцию геномов ризобий весьма высок, в то время как большинство методов геномного фингерпринтинга (AFLP, RAPD, REP, ERIC и др.) основаны на детекции нуклеотидных полиморфизмов в коротких фрагментах генома, но упускают из поля зрения множество событий, связанных с геномными перестройками и горизонтальным переносом генов. Использование предложенного метода также может послужить для мониторинга эволюционной динамики ризобиальных штаммов-инокулянтов, в особенности в уникальных фрагментах генома, что весьма важно для Rhizobium leguminosarum, где доля уникальных последовательностей намного выше, чем у других ризобий.

49 0

Genomic evolution of α-proteobacteria in the symbiotic system

Issue number 6 from 15.11.2024

Одним из основных факторов эволюции бактерий, сопровождаемой глубокими изменениями их генетической организации, является образование симбиозов с эукариотами. Они предоставляют бактериям экологические ниши, находясь в которых симбионты выполняют полезные для хозяев трофические или защитные функции. Приобретение способности к симбиозу связано с формированием у бактерий систем специализированных генов (sym), которое обычно сопровождается изменением общей организации генома. У клубеньковых бактерий (ризобий) – азотфиксирующих симбионтов бобовых растений, большинство из которых относится к α-протеобактериям порядка Hyphomicrobiales, характер симбиогенных изменений генома зависит от таксономического положения. У эволюционно первичных ризобий сем. Bradyrhizobiaceae, возникших из свободноживущих N₂-фиксаторов путем преобразования их собственных геномов, переход к симбиозу сопровождался существенным (в 1.5–2 раза) увеличением генома, однако он сохранил унитарную структуру: у большинства штаммов Bradyrhizobium более 95% генов находится в хромосоме. У вторичных ризобий сем. Phyllobacteriaceae (Mesorhizobium, Phyllobacterium), возникших путем переноса sym -генов в почвенные бактерии, выявляются различные стадии образования многокомпонентных геномов, содержащих значительную часть генов в составе внехромосомных элементов (ВХЭ) – плазмид и хромид. Наиболее характерна такая геномная структура для бактерий сем. Rhizobiaceae (Rhizobium, Sinorhizobium, Neorhizobium), у которых суммарный размер ВХЭ, содержащих sym-гены, может превышать размер хромосомы. У этих ризобий при переходе из тропиков в умеренные широты происходило сужение хозяйской специфичности, однако изменение структуры генома наблюдали только у Sinorhizobium: общий размер ВХЭ у этих бактерий достигает 51% генома. Усложнение генома характерно и для ризосферных азотфиксаторов Azospirillum: доля ВХЭ в их геномах достигает 60%. Формируемые ризобиями необратимо дифференцированные клеточные формы – бактероиды, входящие в состав симбиосом, могут рассматриваться как предшественники азотфиксирующих органелл, которые выявлены у некоторых простейших и конструирование которых представляет собой перспективное направление клеточной инженерии растений.

32 0