Введение к работе
Актуальность проблемы. Симбиотические взаимоотношения бобовых растений и клубеньковых бактерий являются актуальной проблемой современной биологии в рамках изучения процесса азотфиксации и служат объектом интенсивных исследований различных специалистов в течение нескольких десятков лет (Rivas et al., 2009). Решение этой проблемы важно как с научной, так и с практической точек зрения и связано с необходимостью повышения уровня усвоения атмосферного азота хозяйственно значимыми бобовыми растениями, большинство из которых в умеренных широтах относятся к трибе Vicieae ((Adans.) Bronn) сем. Fabaceae. Одной из актуальных задач современной биотехнологии и генетики в данном аспекте является исследование генетических ресурсов клубеньковых бактерий, особенно естественных природных популяций. Наиболее эффективным подходом для этих исследований является молекулярно-генетический анализ их генетического разнообразия, результатом которого может быть более полное понимание процессов возникновения новых генотипов за счет мутаций, генетических перестроек, горизонтального переноса генов.
Значение таких исследований велико, поскольку они дают материал для отбора наиболее удачных комбинаций геномов ризобий для использования при выращивании бобовых растений, а также могут быть использованы в качестве основы для направленного генетического конструирования штаммов, перспективных для практики.
Начиная с 2000 годов, в систематике клубеньковых бактерий появились существенные изменения, так, были открыты неризобиальные виды, способные к образованию азотфиксирующих клубеньков (Sy et al, 2001; van Berkum et al, 2002; Chen et al., 2007; 2008). Данная способность во многом связана с горизонтальным переносом симбиотических генов (ГПГ), который может происходить как между близкородственными видами (Sullivan et all., 1996), так и среди неродственных видов (Zhao et.al., 2008).
Исследование симбионтов дикорастущих видов бобовых растений является актуальной задачей, поскольку может способствовать расширению границ систематики клубеньковых бактерий и выявлению среди них наиболее
конкурентоспособных и эффективных в определенных экологических условиях штаммов для их последующего использования в сельском хозяйстве.
Цель работы заключалась в исследовании генетического разнообразия и филогении клубеньковых бактерий бобовых трибы Vicieae, произрастающих на территории Республики Башкортостан.
Задачи исследования:
Сформировать коллекцию клубеньковых бактерий, вступающих в симбиоз с дикорастущими бобовыми растениями трибы Vicieae, произрастающими в различных районах Республики Башкортостан.
Провести с помощью RAPD анализа исследование генетического разнообразия изолированных штаммов микроорганизмов.
3) Методом сравнительного анализа последовательностей генов 16S рРНК
бактерий определить их филогенетическое положение.
4) Провести филогенетический анализ симбиотических генов
изолированных штаммов микроорганизмов.
Научная новизна. Впервые исследована филогения и генетическое разнообразие клубеньковых бактерий дикорастущих бобовых растений Южного Урала, относящихся к трибе Vicieae. Показано, что клубеньковые бактерии дикорастущих бобовых растений трибы Vicieae характеризуются высоким уровнем полиморфизма последовательности ДНК, вызванным различиями в составе их плазмид. У некоторых представителей растений рода Lathyrus (чина) в клубеньках обнаружены не типичные для них виды клубеньковых бактерий: у чины L. vermis и L. sylvestris - бактерии Rhizobium tropici, у L. palustris - Agrobacterium sp., ъ. у L. gmelinii - Phyllobacterium sp. Обнаруженные у данных микроорганизмов симбиотические гены имеют высокий уровень сходства нуклеотидных последовательностей с аналогичными генами R. leguminosarum bv. viciae, что предполагает приобретение sym-тенов исследуемыми штаммами посредством горизонтального переноса, что и явилось причиной изменения их специфичности.
Научно-практическая значимость работы. Полученные результаты расширяют представление о генетическом разнообразии клубеньковых бактерий дикорастущих бобовых растений трибы Vicieae, что может быть
использовано для выявления наиболее удачных комбинаций геномов ризобий, которые могут быть использованы в качестве основы для отбора и направленного генетического конструирования штаммов, перспективных для сельскохозяйственной практики.
Конкурсная поддержка работы. Исследования были поддержаны грантами РФФИ-Поволжье (№ 10-04-97018-а) и грантами Президента Российской Федерации для государственной поддержки ведущих научных школ России (НШ-1003.2006.4 и НШ-649.2008.4), ГК N02.740.11.0290 ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России на 2009-2013гг.».
Апробация работы. Материалы диссертации были представлены на 1 -й и 2-й всероссийской школе-конференции молодых ученых «Биомика - наука 21 века» (Уфа, 2007, 2011), XVI Международной научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «ЛОМОНОСОВ» (Москва, 2009), II и III Всероссийском с международным участием конгрессе студентов и аспирантов-биологов «СИМБИОЗ» (Пермь, 2009; Нижний Новгород, 2010), V Всероссийской конференции молодых учёных «Стратегия взаимодействия микроорганизмов и растений с окружающей средой» (Саратов, 2010), 14 международной Пущинской школе-конференции молодых учёных «Биология -наука XXI века» (Пущино, 2010), Всероссийском симпозиуме «Растение и стресс (Plants under Environmental Stress)» (Москва, 2010), VI Съезде Общества физиологов растений России «Физиология растений - фундаментальная основа экологии и инновационных биотехнологий» и Международной научной школе «Инновации в биологии для развития биоиндустрии сельскохозяйственной продукции» (Нижний Новгород, 2011).
Публикации. Материалы диссертации изложены в 14 публикациях, из них 5 статей в журналах из перечня ВАК, а также депонированы в международных банках данных DDBJ/EMBL/GenBank.
Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 107 страницах, содержит 10 рисунков и 3 таблицы и состоит из введения, обзора литературы, описания объектов и методов исследований, результатов
исследований и их обсуждения, заключения, выводов и списка цитированной литературы, включающего 215 работ.
