Микросимбионты реликтовых бобовых растений байкальского региона, их идентификация и роль в функционировании симбиоза

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ 4

ОБЗОР И АНАЛИЗ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЙ И ПАТЕНТНОЙ ИНФОРМАЦИИ 9

ГЛАВА 1. РОЛЬ СИМБИОТИЧЕСКИХ МИКРООРГАНИЗМОВ В ЖИЗНИ РАСТЕНИЙ 9

1.1 Роль симбиоза в процессе эволюции живых организмов 9

1.2 Разнообразие мутуалистических растительно-микробных симбиозов 10

1.3 Бобово-ризобиальный симбиоз 13

1.3.1 Эволюция бобово-ризобиального симбиоза 13

1.3.2 Микроорганизмы, участвующие в формировании симбиоза с бобовыми растениями 15

1.3.3 Развитие бобово-ризобиального симбиоза 17

1.3.4 Специфичность бобово-ризобиального симбиоза 19

1.3.5 Значение бобово-ризобиального симбиоза в сельском хозяйстве 22

ГЛАВА 2. ПОДХОДЫ И МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТАКСОНОМИЧЕСКИХ ОТНОШЕНИЙ И ФИЛОГЕНЕТИЧЕСКОГО РОДСТВА МИКРООРГАНИЗМОВ 24

2.1 Подходы к определению таксономических отношений 24

2.2 Определение филогенетического родства микроорганизмов 28

2.2.1 Определение генетического сходства путем секвенирования генов 28

2.2.2 Мультилокусный анализ последовательностей (MLSA) 29

2.2.3 Анализ профилей ДНК, полученных путем рестрикции тотальной ДНК 30

2.2.4 Полногеномное секвенирование 32

2.2.5 Изучение сходства геномов путем реассоциации ДНК 35

2.2.6 Метод Average Nucleotide Identity (ANI) 36

ГЛАВА 3. РЕЛИКТОВЫЕ БОБОВЫЕ РАСТЕНИЯ И ИХ МИКРОСИМБИОНТЫ 39

3.1. Байкальский регион как центр генетического разнообразия растений 39

3.2. Генетические исследования микросимбионтов реликтовых бобовых растений 41

ВЫВОДЫ ПО РАЗДЕЛУ 44

НАУЧНО-ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ 45

ГЛАВА 1. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ 45

1.1 Растительный и почвенный материал 45

1.2 Выделение и культивирование микроорганизмов. 46

1.3 Идентификация микроорганизмов 47

1.4 Вегетационные опыты 51

1.4.1 Вегетационный метод обнаружения симбиотических ризобий в почве 51

1.4.2 Вегетационные опыты для изучения симбиотического фенотипа 52

1.5 Получение флуоресцентно меченных штаммов с использованием метода электропорации 53

1.6 Конфокальная микроскопия 54

ГЛАВА 2. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ 55

2.1 Генетическое разнообразие микросимбионтов реликтовых бобовых растений 55

2.1.1 Видовой состав микросимбионтов чины низкой (Lathyrus humilis (Ser.) Spreng.) 55

2.1.2 Видовой состав микросимбионтов копеечника щетинистого (Hedysarum gmelinii Ledeb. subsp. setigerum (Turcz. ex Fischer et Meyer) Kurbatsky) 61

2.1.3 Видовой состав микросимбионтов остролодочника трехлисточкового (Oxytropis triphylla (Pall.) Pers.) 68

2.1.4 Видовой состав микросимбионтов остролодочника Попова (Oxytropis popoviana Peschkova) 79

2.1.5 Видовой состав микросимбионтов астрагала хоринского (Astragalus chorinensis Bunge) 88

2.2 Поиск и изучение симбиотических генов изолятов 92

2.3 Изучение феномена комплементации симбиотических генов и определение хозяйской специфичности и эффективности изолятов 95

ВЫВОДЫ ПО РАЗДЕЛУ 108

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 110

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 113

ПРИЛОЖЕНИЕ 1 (справочное) 131

ПРИЛОЖЕНИЕ 2. Секвенированные последовательности (справочное) 140

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1.Алексеева А.Е., Бруснигина Н.Ф. Возможности и перспективы применения методов массивного параллельного секвенирования в диагностике и эпидемиологическом надзоре за инфекционными заболеваниями (аналитический обзор) // МедиАль. - 2014. - № 2 (12) - С. 6-28. / [Электронный ресурс]. - Режим доступа: URL: http://www.medial-journal.ru/uploads/objects/rf_journal_article/1/110/pdf/алексеева (дата обращения 08.12.2020).
2.Алесина Н.В. Изучение смены бактериальных компонентов в ризосфере и ризоплане в процессе вегетации растения на примере овса (Avena sativa) // Вестн. Моск. гос. обл. ун-та. Сер. «Естественные науки». - 2010. - №1. - С. 5 - 9.
3.Баймиев Ан.Х., Птицын К.Г., Мулдашев А.А., Баймиев Ал. Х. Генетическая характеристика клубеньковых бактерий бобовых рода Lathyrus, произрастающих на территории республики Башкортостан // Экологическая генетика. - 2011. - Т. IX. - № 2 - С. 3 - 8.
4.Баймиев Е. Обзор. Современное состояние проблемы изучения симбиоза микроорганизмов с растениями / [Электронный ресурс]. - Режим доступа: URL:http://biohim2005.narod.ru/biotehnology/mikoriza.htm (дата обращения 10.09.2019).
5.Баймиев Ан.Х., Гуменко Р.С., Матниязов Р.Т., Чубукова О.В., Баймиев Ал.Х. / Современная систематика клубеньковых бактерий // Биомика. - 2013. - Т.5 - №3(4). - С. 136 -157.
6.Баймиев Ан.Х, Иванова Е.С., Гуменко Р.С, Чубукова О.В., Баймиев Ал.Х. Анализ влияния ризосферных бактерий Phyllobacterium sp. штамма СА8 на урожайность бобовых культур. // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. - 2013. - Т. 15. № 3 (5). – С.1559-1562.
7.Баймиев Ан.Х, Иванова Е.С., Птицын К.Г., Белимов А.А., Сафронова В.И., Баймиев Ал.Х. Генетическая характеристика клубеньковых бактерий дикорастущих бобовых Южного Урала. // Молекулярная генетика, микробиология и вирусология. - 2012. - №1. – С.29-34.
8.Баймиев А.Х., Владимирова А.А., Акимова Е.С., и др. Филогенетическая характеристика клубеньковых бактерий эндемичных для Южного Урала видов рода Oxytrop

Растения выращивались в полипропиленовых сосудах OS140BOX (Duchefa, Нидерланды), содержащих 20 г вермикулита (по 3 сосуда с двумя проростками на каждый вариант инокуляции). В каждый сосуд было добавлено 40 мл питательного раствора (г/л): K2HPO4 - 1.0, KH2PO4 - 0.25, MgSO4 -1.0, Ca3(PO4)2 - 0.2, FeSO4 -0.02, H3BO3 - 0.005, (NH4)2MoO4 - 0.005, ZnSO4 x 7 Н2О - 0.005, MnSO4 - 0.002. Сосуды были проинокулированы суспензиями индивидуальных штаммов и их комбинациями в количестве 106 клеток на сосуд. Неинокулированные растения были использованы в качестве негативного контроля. Растения культивировались в течение 42 суток в фитотроне при температуре 20-21°С и режимом освещения 16 ч день / 8 ч ночь. После отмывания корней от вермикулита было посчитано количество образовавшихся